這個(gè)最危險(xiǎn)的物質(zhì)之一就是鈾，曾被用來(lái)造原子彈、氫彈，但你知道嗎？人們也用它來(lái)造玻璃。這是怎么回事？
還有，巧婦難為無(wú)米之炊，核電站使用的核燃料，它并不是地上的干柴，撿起來(lái)就可以使用，而是蘊(yùn)藏在鈾礦里。而關(guān)于鈾礦，不少人對(duì)它有誤解，今天咱們不妨就來(lái)認(rèn)識(shí)一下它，并講述將鈾礦精煉為核燃料時(shí)那可怕的艱難歷程。
礦石家族中的“玫瑰花”
地球誕生之前，甚至說在太陽(yáng)存在之前，鈾就存在于宇宙中了，后來(lái)它成為了地球的一份子。
如果要評(píng)選世界上最美麗動(dòng)人的礦石，那么鈾礦絕對(duì)名列前茅——它被譽(yù)為礦石家族中的“玫瑰花”。
圖為粒磷鉛鈾礦
圖為碲鈾礦
硅鉛鈾礦
銅鈾礬
鈣鈾云母
銅鈾云母
輻射怎么樣？
看到上面這些鈾礦，很多人的第一個(gè)疑問是：鈾礦石有輻射嗎？就像美麗的毒蘑菇，鈾礦如此美麗，輻射肯定很厲害吧？是不是碰都不能碰？
首先，鈾礦石有輻射，這是肯定的。但是，其輻射程度并沒有大家想的那么可怕。研究表明，一個(gè)人在衣兜里揣個(gè)1斤左右的鈾礦石，每天所受的輻射量也就跟戴一塊夜光手表差不多。
在以前，人們還將鈾作為一種調(diào)色劑，用來(lái)制造好看的玻璃，這就是鈾玻璃。陶器彩釉中過去也用到鈾。
鈾玻璃
圖為在紫外線照射下發(fā)光的鈾玻璃
圖為在紫外線照射下發(fā)光的鈾玻璃
天然鈾中主要含有鈾238和鈾235，而這兩種鈾的半衰期分別是44.68億年和7.04億年，如此天荒地老的半衰期，這讓它并沒有那么毒。另外，鈾衰變的時(shí)候主要放出的是阿爾法粒子α，并不是危險(xiǎn)的伽馬射線γ。
圖為原子的阿爾法衰變，釋放α粒子
圖為α射線、β射線和γ射線穿透性演示。
可以看到，在這三種射線中，α射線的穿透性最弱，一張紙就可以把其擋住。
也許有人還不是很信服，但是沒關(guān)系，咱們?cè)賮?lái)看看下面的圖。
圖為鈾礦提純過程中的中間產(chǎn)品——黃餅。
這是鈾礦提純過程中的一種中間產(chǎn)品，名叫“黃餅”，它含有80%左右的鈾氧化物。你瞧，鈾礦提純了都敢拿手去抓，更何況是沒被提純的鈾礦呢。
圖為高濃縮的鈾金屬。
為核電站中使用的核燃料，它是由上圖中的黃餅繼續(xù)提純后得來(lái)的，戴著一副手套后，你依然可以用手捧著它們。
在鈾礦中，鈾的含量其實(shí)是很低的，來(lái)自蘭州大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)，吳王鎖教授，他在一次公開課中告訴我們，鈾的含量低到一噸礦石里面提不出一千克的鈾，也就是含量不到0.1%，而含量如果高于0.05%基本上就可以開采了，這跟沙里淘金有何區(qū)別？沒有區(qū)別。
而把鈾礦提純后都可以用手拿著，所以您可以想象一塊鈾礦石的放射水平。
說到這里，估計(jì)會(huì)有人這樣想：既然這樣，那開采鈾礦時(shí)，是不是就不必采取什么防護(hù)措施了？
不對(duì)，恰恰相反，鈾礦開采時(shí)有重重的保護(hù)措施。這又是為什么呢？
很簡(jiǎn)單，鈾礦埋藏在地底下，雖然鈾的半衰期以億年計(jì)，但是整個(gè)鈾礦中鈾的量很大，更重要的是，鈾礦埋在地下，它是密封起來(lái)的，長(zhǎng)年累月，就聚集了很多放射性，但是注意，這種放射性不是鈾238和鈾235直接帶來(lái)的，而是鈾衰變后，變成氡，主要是由氡帶來(lái)的。氡的半衰期只有3.8235天，跟鈾的半衰期相比，它實(shí)在是太短了，鈾礦中聚集了大量的氡，這就很危險(xiǎn)了，所以需要采取防護(hù)措施。
總之一句話就是，一塊鈾礦石的輻射并沒有那么可怕，當(dāng)然，你要是把它常年累月放在你的枕頭邊，那是不行的。
中國(guó)的鈾礦
我們國(guó)家并不是一個(gè)富鈾的國(guó)家，量少不說，品位也不是很高。根據(jù)世界核協(xié)會(huì)2013年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，世界上已知各國(guó)可開采的鈾如下表：
中國(guó)鈾資源占世界可開采鈾資源的4%左右。雖然這兩年也在發(fā)現(xiàn)一些鈾礦，但數(shù)據(jù)上下浮動(dòng)不大。
它比沙里淘金難多了
核電站中使用的核燃料是鈾235，不是鈾238。但是，在天然鈾中（注意，天然鈾不是鈾礦石，它是從含鈾很少的鈾礦石中提煉出來(lái)的），鈾235的含量只有0.72%，鈾238的含量大于99.2%，而鈾的精煉就是要把鈾235的濃度提高。
上圖代表天然鈾，藍(lán)色部分表示鈾238的比例，紅色部分代表鈾235。
上圖代表低濃縮鈾，紅色部分的鈾235占比3%到4%，低濃縮鈾主要用于核電站。
上圖代表高濃縮鈾，紅色部分的鈾235占比90%左右，主要用于核武器。
天然鈾中幾乎全是鈾238，要想把鈾235的濃度提高，這實(shí)在是太難了，因?yàn)樗鼈儗儆谕环N元素，而質(zhì)量卻只相差3個(gè)中子，它們的化學(xué)性質(zhì)幾乎都是一樣的！
怎么分離？
在過去，技術(shù)不是很先進(jìn)的時(shí)候，主要采取氣體擴(kuò)散法。其原理是先把天然鈾制成六氟化鈾。
圖為六氟化鈾分子結(jié)構(gòu)。
六氟化鈾中的“鈾”，既可能是鈾238，也可能是鈾235，但我們現(xiàn)在已經(jīng)清楚，99%的可能是鈾238。制成六氟化鈾后，接著把六氟化鈾加熱使它變成氣體，然后在這些氣體中把鈾235分離出來(lái)，怎么做？
是這樣的，如果一個(gè)六氟化鈾氣體分子中的“鈾”是鈾235的話，那么這個(gè)氣體分子要輕一些——輕3個(gè)中子，所以氣體運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，它會(huì)走得更快一些，就好像是面粉和鐵粉混合在一起，你吹一下，面粉肯定走在前面；還有，如果你同時(shí)在屋子里分別滴一滴醋和香水，因?yàn)橄闼肿右p，所以其擴(kuò)散得快，因此我們將最先聞到香水味。
當(dāng)然，這只是類比而已，實(shí)際上，分離鈾235的難度要大得多，因?yàn)樗惠p了3個(gè)中子而已。正如此，使用氣體擴(kuò)散法分離鈾235效率很低，耗能巨大，廠房也很壯觀。
圖為美國(guó)早年在橡樹嶺的氣體擴(kuò)散工廠。
除了氣體擴(kuò)散法，還有離心機(jī)分離法，它的原理跟氣體擴(kuò)散法一樣，依然還是根據(jù)鈾238比鈾235重那么一點(diǎn)兒來(lái)進(jìn)行的。
圖為離心機(jī)分離法示意圖，深藍(lán)色的顆粒代表含有鈾-238的六氟化鈾，淺藍(lán)色的代表鈾-235。
把六氟化鈾放入離心機(jī)中，在每分鐘高達(dá)4萬(wàn)至6萬(wàn)轉(zhuǎn)中，鈾235因?yàn)檩^鈾238輕，含有鈾235的六氟化鈾處在離心機(jī)的轉(zhuǎn)軸附近，而離轉(zhuǎn)軸稍微遠(yuǎn)一些的則是含有鈾238的六氟化鈾。離心機(jī)分離法需要的電力只有氣體擴(kuò)散法的十分之一左右，效率也要高得多。
圖為布滿離心機(jī)的濃縮鈾工廠（圖片來(lái)自美國(guó)能源部）
圖為運(yùn)送中的氣體離心機(jī)（圖片來(lái)自美國(guó)能源部）
嗨，這真是，就算是提煉黃金，自古以來(lái)，人類也從沒有這么大費(fèi)周折過呀。
可是有什么辦法呢，人類可以不佩戴金戒指、金項(xiàng)鏈，但一秒鐘也離不開電！
