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云端看核 | 看矿石中的“玫瑰花”如何变身重要战略资源

 板桥胡同37号 2020-05-05

在核科技馆,有很多色彩斑斓的铀矿石图片,它们色彩艳丽,美丽动人,被誉为矿石中的“玫瑰花”。通过人类对核科学技术的探索,这种曾被用作调色剂的矿石已成为了重要战略资源。

铀(Uranium)原子序数为92,处于元素周期表第七周期,是天然存在的最重元素。自然界中的铀通常以三种同位素的形式存在:U-238(自然丰度99.275%),U-235(自然丰度0.720%),和微量的U-234(自然丰度0.005%)。

地壳中铀的平均含量约为百万分之二点五,即平均每吨地壳中约含2.5克铀,这比钨、汞、金、银等大家比较熟悉的元素的含量还高。自然界中已知的铀矿物有一百七十多种,其中最重要的有沥青铀矿、钾钒铀矿、晶质铀矿等等。除此之外,海洋中也蕴含着大量的铀。虽然铀元素的分布相当广,但铀矿床的分布却很有限。铀资源主要分布在美国、加拿大、南非、西南非、澳大利亚等国家和地区。

人类最初使用天然含铀化合物的历史可以追溯到公元79年,当时它被用作着色剂,添加到陶瓷釉料中。在中世纪晚期,沥青铀矿被用作玻璃制造业的着色剂,这些铀矿物和玻璃在紫外线的照射下能发出强烈的绿色荧光。

1789年,铀元素才被德国化学家马丁·克拉普罗特首次发现。他在柏林实验室中将沥青铀矿溶解在硝酸中,接着通过氢氧化钠中和沉淀法得到一种黄色化合物,再将其与碳进行混合加热,最终得到一些黑色铀的氧化物粉末,并以1781年发现的天王星(Uranus)来命名此种新元素,即Uranium。

而作为金属的纯铀直到1841年才由巴黎中央工艺学校分析化学教授尤金·梅尔希奥·皮里哥通过将四氯化铀和钾一同加热分离得到,此时的人们仍然没有认识到铀的放射性。

1896年,法国物理学家亨利·贝可勒尔首次发现了铀具有天然放射性,会释放出α粒子。但大家也不用担心,α粒子的穿透性很弱,用一张纸就可以阻挡,研究表明,一个人在衣兜里揣个1斤左右的铀矿石,每天所受的辐射量也就跟戴一块夜光手表差不多。这个发现带来的好处则是促进了铀更加广泛的应用,例如利用U-238和U-235极长的半衰期可估算和测定出地球的年龄大约在45.4亿年;通过观察C31082-001恒星中U-238的光谱,可推算出宇宙的年龄大约为125亿年。

1938年圣诞节前夕,德国科学家奥托·哈恩及其助手斯特拉斯曼首次宣布发现了铀的核裂变现象。这一发现彻底改变了铀的命运,让它成为了核工业发展不可或缺的重要原料……自此以后,原本平平无奇的铀华丽转身,成为了显著影响着当今政治、军事、能源等各大领域的战略性资源。

铀是如何从“玫瑰花”变成“核燃料”,请听下回分解。

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