铀是历史上最具破坏性战争之一的放射性金属。 1945年8月6日，一枚10英尺长的（3米）的炸弹从日本广岛城的天上掉下来。不到一分钟后，炸弹爆炸一英里范围内的一切都被消灭了。大规模的大火迅速摧毁了英里，杀死了成千上万的人。
这是有史以来第一次在战争中使用原子弹，没有铀是不可能的。这种放射性金属的独特之处在于其同位素之一铀235是唯一能够维持核裂变反应的自然同位素。 （同位素是该元素中中子数量不同的元素的一种版本。）
要了解铀，了解放射性很重要。铀是天然放射性的：其核是不稳定的，因此该元素处于恒定的衰减状态，寻求更稳定的排列。实际上，铀是使放射性发现成为可能的元素。 1897年，法国物理学家亨利·贝克雷尔（Henri Becquerel）在摄影板上留下了一些铀盐，这是对光线如何影响这些盐的一些研究的一部分。令他惊讶的是，盘子累了起来，表明铀盐的某种排放。 Becquerel分享了一个诺贝尔奖1903年与玛丽（Marie）和皮埃尔·库里（Pierre Curie）一起发现。
铀的特性是什么？
根据杰斐逊国家线性加速器实验室，铀的特性是：
- 原子数（核中的质子数）：92
- 原子符号（在元素周期表）：u
- 原子重量（原子的平均质量）：238.02891
- 密度：每立方厘米18.95克
- 室温的阶段：固体
- 熔点：2,075度华氏度（1,135摄氏度）
- 沸点：7,468 F（4,131 C）
- 同位素的数量（具有不同数量中子的同一元素的原子）：16，3天然发生
- 最常见的同位素：U-234（0.0054％天然丰度），U-235（0.7204％自然丰度），U-238（99.2742％自然丰度）
铀的历史
德国化学家的马丁·海因里希·克拉普罗斯（Martin Heinrich Klaproth）在1789年发现了铀，尽管从至少AD 79开始就知道了，当时氧化铀被用作陶瓷釉和玻璃的着色剂化学学院。克拉普罗斯（Klaproth）在矿物沥青蓝色中发现了元素，当时被认为是锌和铁矿石。将矿物溶解在硝酸中，然后将钾盐（钾盐）添加到剩余的黄色沉淀物中。克拉普罗斯（Klaproth）得出的结论是，当钾盐和沉淀之间的反应没有遵循已知元素的任何反应时，他发现了一个新元素。事实证明，他的发现是氧化铀，而不是他最初相信的纯净铀。
根据洛斯阿拉莫斯国家实验室，克拉普罗斯（Klaproth）以最近被发现的天王星（Planet wranus）的名字命名为新元素，该宇宙以希腊天空的名字命名。法国化学家Eugène-MelchiorPéligot于1841年通过用钾加热四氯化铀。
法国物理学家Antoine H. Becquerel于1896年发现铀是放射性的。贝克雷尔（Becquerel）将铀样本放在一个未暴露的照相板上，这变得多云。他得出结论，它正在散发出隐形光线。皇家化学学会。这是对放射性研究并开辟了一个新的科学领域的第一次实例。波兰科学家玛丽·库里（Marie Curie）在贝克勒（Becquerel）发现后不久就创造了一词的放射性，而法国科学家皮埃尔·库里（Pierre Curie）继续研究发现其他放射性元素，例如polonium和radium及其特性。
权力和战争
宇宙的铀在超新星上成立了66亿年。世界核协会。它遍布整个星球，大多数岩石中约有2至4份。根据自然地壳岩石中最丰富的元素中的第48位。美国能源部，并且是银的40倍。
尽管铀与放射性高度相关，但其衰减的速度如此之低，以至于该元素实际上不是其中一个更放射性的元素之一。铀238的半衰期为45亿年。铀235拥有超过7亿年的半衰期。铀234的半衰期为245,500年，但仅与U-238的衰减间接发生。铀最奇怪的同位素是铀214，于2021年在中国兰州的重离子研究机构创建。铀214只能在人造情况下制造 - 研究人员用氩激光击中了钨样品 - 半衰期仅为半衰期。
相比之下，最放射性的元素是钋。它的半衰期仅为138天。
尽管如此，由于其能够维持核链反应的能力，铀具有爆炸性的潜力。 U-235是“裂变”，这意味着它的核可以通过热中子分裂 - 中子具有与周围环境相同的能量。根据世界核协会的说法，这是其工作原理：U-235原子的核具有143个中子。当一个免费的中子碰到原子，它分裂了细胞核，抛出了其他中子，然后可以将其切入附近的U-235原子的核，从而形成一个自我维持的级联核裂变。裂变事件每个都会产生热量。在核反应堆中，该热量用于沸水，形成蒸汽，使涡轮机发出动力，并且反应由镉或硼等材料控制，这些材料可以吸收额外的中子以将其从反应链中取出。
在像摧毁广岛的裂变炸弹一样，反应变得超临界。这意味着裂变以不断增长的速度发生。这些超临界反应释放了大量的能量：破坏的爆炸广岛具有估计15千吨TNT的力量，所有这些都以不到1公斤（2.2磅）的铀进行裂变而产生。
为了使铀裂变更有效，核工程师富含它。天然铀仅约0.7％U-235，即裂变同位素。其余的是U-238。为了增加U-235的比例，工程师要么为铀加热以分离同位素或使用离心机。根据世界核协会的数据，核电站的最丰富铀由3％至5％的U-235组成。
鳞片的另一端是枯萎的铀，用于储罐装甲并制作子弹。在发电厂度过浓缩铀后，铀枯竭是枯竭的。根据美国退伍军人事务部。这种枯竭的铀只有在射击或爆炸中被吸入，摄入或进入身体时才是危险的。
关于铀的事实
- 根据该炸弹的“小男孩”炸弹中只有1.38％的铀。原子遗产基金会。该炸弹总共含有约140磅（64公斤）的铀。
- 据一个说，“小男孩”炸弹在广岛上方引爆了1,670英尺（509米），仅留下了几座钢筋混凝土建筑物的框架。1980年国防核局报告。大火摧毁了爆炸的4.4英里半径（7公里）之内的一切。
- 铀238的半衰期是45亿年。它腐烂到radium-226，进而腐烂到radon-222。 Radon-222变成polonium-210，最终衰减到稳定的核素。
- 玛丽·库里（Marie Curie）与铀合作发现了几个更具放射性元素（polonium和radium），他可能屈服于她的工作所涉及的辐射。她于1934年因性贫血而去世，红细胞缺乏可能是由于骨髓辐射损害引起的。
- 纯铀是一种银色金属，可在空气中迅速氧化。
- 铀有时被用来彩色玻璃，在黑色的光线下会发光绿色黄色 - 但不是因为放射性（玻璃只是最小的位放射性）。根据收藏家每周，荧光是由于紫外线激发了玻璃中的铀酰化合物，从而使其在沉降后散发出光子。
- 黄蛋糕是氧化铀。这是铀在富集之前通常出售的形式。
- 铀在20个国家开采，超过一半来自加拿大，哈萨克斯坦，澳大利亚，尼日尔，俄罗斯和纳米比亚。世界核协会。
- 根据LS，所有人类和动物自然都会暴露于食物，水，土壤和空气中的微量铀。在大多数情况下，普通人群可以安全地忽略摄入的数量，除非它们住在危险的废物地点，矿山附近或农作物在受污染的土壤中种植或被污染的水浇水。
当前关于铀的研究
鉴于其在核燃料中的重要性，研究人员对铀的功能非常感兴趣 - 尤其是在崩溃期间。当反应器周围的冷却系统发生故障，而反应堆芯中的裂变反应产生的热量会融化燃料时，就会发生崩溃。这发生在核灾期间切尔诺贝利核电站，导致一个放射性斑点被称为“大象的脚”。
Stony Brook University和Brookhaven国家实验室的化学家和矿物学家John Parise说，了解核燃料融化时如何行动对于建造遏制船至关重要。
2014年11月，Argonne National Lab和其他机构的Parise及其同事发表了论文在《科学杂志》这首先阐明了融化的二氧化铀的内部作用，这是核燃料的主要组成部分。 Parise告诉Live Science，二氧化铀直到温度前5,432 F（3,000 C）才融化，因此很难衡量材料流动时会发生的情况 - 没有足够牢固的容器。
帕里斯说：“解决方案是我们用二氧化碳激光从顶部加热二氧化铀球，并将该球悬浮在气流上。” “您在燃气流上悬浮的物质球，因此您不需要容器。”
然后，研究人员将X射线射线穿过二氧化铀气泡，并用检测器测量这些X射线的散射。散射角度揭示了二氧化铀内部原子的结构。
研究人员发现，在二氧化岩固体中，原子的排列像一系列的立方体，与空的空间交替出现，以网格般的图案交替，每个铀原子周围有八个原子的氧原子。当材料接近其熔点时，氧气变得“疯狂”有关结果的视频。氧原子开始四处移动，填补空白空间，并从一个铀原子涌向另一个铀原子。
最后，当材料融化时，该结构类似于萨尔瓦多的达利绘画，因为立方体变成无序的多面体。 Parise说，此时，每个铀原子周围的氧原子的数量（称为配位数）从八个下降到大约七个（一些铀原子周围有六个氧气，有些有七个氧气，平均每个铀含量为6.7氧）。
Parise说，知道这个数字可以建模二氧化铀在这些高温下如何作用。下一步是增加更复杂的性能。他说，核心不仅是二氧化铀。它们还包括含锆等材料以及用于屏蔽反应堆内部的任何东西。研究小组现在计划添加这些材料，以了解材料的反应如何变化。
“您需要知道纯净的二氧化铀液体的行为，以便当您开始查看少量添加剂的影响时，您可以看到有什么区别？”帕里斯说。
绝大多数铀用于电力，通常用于受控的核反应。剩下的废物（耗尽的铀）可以回收到利用其他类型的力量，例如太阳的力量。一个2017年专利洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家伊戈尔·乌索夫（Igor Usov）和米兰·西科拉（Milan Sykora）讨论了使用核反应中枯竭的铀来创建太阳能电池。作者写道，耗尽的氧化铀含量丰富且廉价，因为核燃料富集过程的剩余时间，可以通过控制厚度，铀/氧比，结晶度和掺杂来优化作为太阳能电池。
二氧化铀是一个极好的半导体。2000年论文托马斯·米克（Thomas Meek）在橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory），对于某些用途而言，与硅，苗膜或砷化盐的传统用途相比，有可能改善。在室温下，与传统元素和化合物相比，氧化铀将具有最高的太阳能电池效率。
现场科学撰稿人雷切尔·罗斯（Rachel Ross）的其他报道。
其他资源
有关铀的基础知识以及能源部如何处理这一要素的更多信息，请参见Argonne National Laboratory的页面铀快速事实。世界核协会保持关于铀的事实说明以及统计数据铀被开采，生产和储存的地方。铀的图像可以在eelments.com上找到。要深入探索一个放射性岩石如何改变历史的过程，请阅读汤姆·佐尔纳（Tom Zoellner）的“铀：塑造世界的战争，能量和岩石”（Penguin Books，2010年）。
参考书目
Skinner，LB等。 “熔融二氧化铀的结构和动力学”，《科学》，第1卷。 21，第346号，2014年11月21日。Doi：10.1126/Science.1259709
“切尔诺贝利核电站事故的背景者。”美国核监管委员会。于2022年3月1日更新。
“铀开采概述。”世界核协会。2021年9月更新。
