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原创 galio319 2019-07-16 10:40:34 最近，伊朗提高浓缩铀丰度的新闻再次成为焦点，不管是提高了浓缩铀产量还是增加了库存，铀一直都是全世界的重点关注对象，那么关于铀，你了解多少呢？
 伊朗核问题一直是世界关注的焦点 自居里夫人发现并分离出镭元素后激发了人们对铀矿进行开采，将提取出的镭制成萤光油漆，用于钟表和飞机仪表盘上，由于要处理3吨铀矿才能提取出1克镭，这产生了大量的含铀副产品 这些副产品都被用在瓷器上色上，使得瓷器的价格大大降低，除了这些用途以外，铀还被用在瓦片中，可制成红、蓝、绿、黄、紫红、黑等多种颜色 一个多世纪以来，地质学家和地球化学家一直在研究铀同位素的丰度、分布，他们的工作起源于Klaproth在1789年发现的元素—铀  Becquerel在1896年证明了铀盐具有放射性，Boltwood在1905年得出结论：铅和氦都是铀的衰变产物，以及Rutherford在1906年提出的放射性地质计时潜力的概念，从地球化学的角度来看，一些主要问题是：现在地球上的铀是从哪里来的？地球上相对微不足道的铀含量对地球的演化有什么影响？ 宇宙中的元素丰度自20世纪30年代以来的许多年里，科学家们一直致力于确定组成太阳系的物体中元素及其同位素的丰度，并解释观测到的丰度模式  地球的地壳元素丰度列表 事实上，光谱测量表明，恒星中元素的丰度各不相同，也没有单一适用的“宇宙丰度”模式，在太阳系中围绕元素以氢氦为主的太阳运行的各种行星中元素的丰度存在很大差异 包括地球在内的类地行星地壳中主要以氧、硅、铝和铁元素为主，相较于这些元素，铀（在太阳中的铀丰度只有氢的10^(-12)）是一种极其罕见的元素  地壳元素含量前8 此外，对陨石中氧同位素的测量表明，整个太阳系的同位素比例并不均匀，所有这些变化都指向一个结论，即原太阳系物质的产生涉及多个来源 地球上的铀是怎么来的宇宙化学家不仅关注星系元素丰度的分布模式和长期演变趋势，还关注特定恒星丰度异常的起源以及不同原子核合成的理论来解释这些观测结果 根据这些理论，地球的铀是在一颗或多颗超新星爆炸中产生的（有关的主要过程是以高于通过放射性分解的速率快速捕获籽核上的中子）  超新星爆炸 所需的中子通量被认为发生在超新星爆炸期间，铁的引力压缩(核稳定性岛，不能进行进一步的放热聚变反应)和一颗大质量恒星中心的突然坍塌，触发了这颗恒星的大部分爆炸，其产生了大量中子喷射到太空中  最近，第二个理论提出铀是在两颗中子星合并时产生的，中子星的密度非常高，一勺中子星材料的质量约为50亿吨，当两个这样的物体靠近时，强大的引力会使它们剧烈地融合，释放出引力波并产生大量的重元素，如金、铂和铀  中子星是除黑洞外密度最大的星体 因此，我们知道地球的铀是通过一个或多个这样的过程产生的，而这种物质是由地球所属的太阳系产生的，我们可能会进一步问，铀的合成发生在多久以前 鉴于今天在组成我们星球的不同球层中U-235和U-238的丰度、了解这些同位素的半衰期，以及地球的年龄（约45.5亿年）——从各种放射性“时钟”中测定，包括铀到铅衰变链的时间来看  铀的衰变过程 我们可以计算地球形成时U-235和U-238的丰度，进一步了解到超新星中U-235和U-238的生产比约为1.65，从而可以得出，如果太阳系中所有的铀都是在一个超新星中生产的，那么这一事件就是发生在65亿年前 然而，这种“单一阶段”过于简单化了，实际情况是60多亿年前到2亿年前的多个超新星都参与了铀的合成 此外，对陨石中的硅和碳等元素同位素丰度的研究表明，太阳系物质的形成涉及到十多个不同的恒星源，因此，太阳系形成时U-235和U-238的相对丰度计算不能简单假设为“单一阶段”模型，而且这样还无法反映许多前体恒星爆炸碎片的影响  在地壳中富集科学家对大陆和海洋地壳的岩石中的铀以及地球地幔样品进行了许多分析，其中对于这些地球的地壳和上地幔的测量是可靠的，但对下地幔、外核和内核中铀的丰度的测量则是心有余而力不足 虽然陨石中铀的平均丰度约为0.008ppm，但地球“原始地幔”中的铀丰度——在提取大陆地壳之前——为0.021 ppm 考虑到在不含铀的情况下提取形成核心的铁镍合金（由于铀的特性，使其更容易与地壳岩石中的矿物结合，而不是与富含铁的岩石结合），这仍然代表着与一般的陨石物质相比在形成原始地球的物质的时候有大约两倍的浓缩  稀土氧化铀 现今暴露在海底的“贫化”地幔中铀的丰度约为0.004ppm，另一方面，大陆地壳的铀含量相对较高，约为1.4ppm，与原始地幔相比，这代表着成倍成倍的的富集，实际情况也是从“贫化”的大洋地幔中损失的铀大部分被封闭在大陆地壳中 铀从地幔转移到大陆地壳的过程很可能是复杂且步骤繁多，洋壳和岩石圈的形成是通过洋中脊的地幔的熔融而形成的，该大洋岩石圈横向迁移到板块消耗点（其表面由深海海沟标记）  从这些俯冲带的下行（俯冲）岩石圈板块和覆盖地幔“楔”中产生的流体和岩浆，将这些液体熔化物转移到“岛弧”区域（如太平洋火圈）的表面，通过重熔、花岗岩形成和地壳内部循环，从这些岛弧原岩中生产大陆地壳 在整个地壳形成过程中，铀的亲岩性表现为钾铀比在橄榄岩和花岗岩等岩石中稳定在10000左右，因为我们想追踪铀在地球上的分布，铅的丰度和同位素特征——铀235和铀238的放射性子元素就成为了有用的参数 铅的挥发性和与铁结合的趋势很可能解释了其丰度的差异，在陆地吸积和岩心分离过程中，铅会丢失，当然，这些高比率的结果之一是，与陨石或地核相比，地壳和地幔中的pb-207/pb-204和pb-206/pb-204的放射性/非放射性含量相对较高 对于大陆地壳给出的数字是整个地壳的平均值，当然，铀的局部浓度可能远远超过这些值，在某些花岗岩中，高达50 ppm，在矿床中则又会高出许多 铀随时间的分布光合作用可以追溯到大约38亿年前，有一段时间，释放的氧气是通过地球表面还原铁化合物而消耗掉的，最终，大约25亿年前，氧以游离氧的形式开始在大气中积累 除了许多其他影响外，外逸层氧化还原特性的变化导致铀在风化侵蚀沉积循环中的转移方式发生了根本性变化，而在还原条件下，铀是相对不溶的和稳定的铀铁矿（UO2），在氧化条件下，铀变成可溶的（U6+）并易于转移，自25亿年前以来，铀矿床主要形成于含铀流体减少的地方，例如通过细菌或与石墨页岩接触 氧化的大气也导致了铀在海洋中的浓度增加，然后通过循环热液中的运输到海洋地壳中的相对富集，通过大洋岩石圈的俯冲和随后岩石圈的再同化作用，从外逸层到地球内部的铀输送增强，对目前地球上铀的分布产生了重大影响，并可能解释了一些奇怪的地幔同位素特征的不一致 最后水能载舟亦能覆舟，铀能作为核燃料也能作为杀人的武器，就看使用者如何使用 |
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