与铀有关的一些事

铀，既是一种能源资源，也是一种重要的国防战略资源，对国民经济、核电事业和国防工业的发展具有重要的作用和意义。 在过去的60年中，铀矿已经成为世界上最重要的能源矿产之一。1kg铀235核完全裂变所释放的能量相当于燃烧2500吨优质煤所放出的能量。人们一谈到铀，常常会和“核武器”、“核电站”、“核辐射”“核事故”等联系起来。那我们就来谈谈铀及和铀相关的这些事。

一、铀家“三兄弟”

铀（Uranium）的原子序数为92的元素，其元素符号是U。铀家族有 3 个天然同位素“兄弟”，即：铀 234（234U）、铀 235 （235U）和铀 238（238U）。其中铀 235 是当前核电厂的绝对主力燃料，但它在天然铀资源中的含量仅有 0.72%，另有不到 0.006% 的铀234，其余 99.27% 以上都是铀 238。根据国际原子能机构的定义，丰度为3%的铀235为核电站发电用低浓缩铀，铀235丰度大于80%的铀为高浓缩铀，其中丰度大于90%的称为武器级高浓缩铀。

那么这“三兄弟”的含量差别怎么会这么大呢？下面我们来介绍两个名字，即“核衰变”和“半衰期”。所谓“核衰变”，是指原子核自发射出某种粒子而变为另一种原子核的过程。所谓“半衰期”，是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。了解这两个名字后，我们就能说清铀家“三兄弟”含量差别的原因。铀家三兄弟悬殊的含量差距和它们的半衰期基本成正比。铀 234 的半衰期不到 25 万年，铀 235 的半衰期约为 7 亿年，最长的铀 238的半衰期达到45 亿年。而地球的年龄被认为是 46 亿岁左右，这样算下来，铀 234 经历了 18000 多个半衰期，和地球诞生之初相比，所剩的数量已经很少了；铀 235 经历了不到 7 个半衰期，现有数量相当于地球诞生时的 1.1%；而铀 238 则只经历了一次半衰期，数量和地球诞生时相比还剩一半左右，远远多于另外两兄弟。

二、核武器—原子弹

核武器是指利用能自持进行的原子核裂变或聚变反应瞬时释放的巨大能量，产生爆炸作用，并具有大规模毁伤破坏效应的武器。原子弹是核武器之一，是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及造成大面积放射性污染，阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。

核武器的出现，是20世纪40年代前后科学技术重大发展的结果。1939年初，德国化学家O.哈恩和物理化学家F.斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文。随后。许多国家的科学家验证了这一发现，从而开辟了利用这一新能源为人类创造财富的广阔前景。但是，同历史上许多科学技术新发现一样，核能的开发也被首先用于军事目的，即制造威力巨大的原子弹。从1939年 9月，丹麦物理学家N.H.D.玻尔和他的合作者J.A.惠勒从理论上阐述了核裂变反应过程，并指出能引起这一反应的最好元素是同位素铀235。 由于二战原因，欧洲一些国家的科学家移居美国或与美国科学家合作开展原子弹研制工作，到1942年8月发展成代号为“曼哈顿工程”的庞大计划，直接动用的人力约60万人，投资20多亿美元。到第二次世界大战即将结束时制成 3颗原子弹，使美国成为第一个拥有原子弹的国家。前苏联在1941年6月遭受德军入侵前，也进行过研制原子弹的工作。卫国战争爆发后，研制工作被迫中断，直到1943年初逐渐恢复，并在战后加速进行。1949年8月，苏联进行了原子弹试验。英国、法国先后在50和60年代也各自进行了原子弹与氢弹试验。

中国在开始全面建设社会主义时期，基础工业有了一定的发展，即着手准备研制原子弹。1959年开始起步时，国民经济发生严重困难。 1959年6月，苏联政府撕毁中苏在1957年10月签订的关于国防新技术协定，随后撤走专家，中国决心完全依靠自己的力量来实现这一任务。中国首次试验的原子弹取596为代号，就是以此激励中国军民大力协同做好这项工作。1964年10月16日，首次原子弹试验成功。经过两年多，1966年12月28日，小当量的氢弹原理试验成功；半年之后，于1967年6月17日成功地进行了百万吨级的氢弹空投试验。中国坚持独立自主、自力更生的方针，在世界上以最快的速度完成了核武器这两个发展阶段的任务。

1945年5月德国投降后，美国有不少知道“曼哈顿工程区”内幕的人士，包括一大批从事这一工作的科学家，反对用原子弹轰炸日本城市。当时，日本侵略军受到中国人民长期抗战的有力打击，实力大大削弱。美、英在太平洋地区的进攻，又几乎全部摧毁日本海军，海上封锁使日本国内的物资供应极为匮泛。在日本失败已成定局的情况下，美国仍于8月6日、9日先后在日本的广岛和长崎投下了仅有的两颗原子弹。

1945年8月6日，原子弹在广岛的爆炸造成了广岛一般民众极大的伤亡，7 万 4 千人失去了生命，7 万 5 千人身负创伤。8月9日，美军又出动B-29轰炸机将代号为“胖子”的原子弹投到日本长崎市。长崎市约60%的建筑物被毁，伤亡8.6万人，约占全市总人口的37%。戰争没有胜败，有的只是毁灭！

为防止核扩散，推动核裁军和促进和平利用核能的国际合作，1968年7月1日由英国、美国、苏联等59个国家分别在伦敦、华盛顿和莫斯科缔结签署的一项国际条约—《不扩散核武器条约》又称“防止核扩散条约”或“核不扩散条约”。该条约1970年3月正式生效。截至2003年1月，条约缔约国共有186个。《不扩散核武器条约》共有11条规定，主要内容是：有核国家不得向任何无核国家直接或间接转让核武器或核爆炸装置，不帮助无核国家制造核武器；无核国保证不研制、不接受和不谋求获取核武器；停止核军备竞赛，推动核裁军；把和平核设施置于国际原子能机构的国际保障之下，并在和平使用核能方面提供技术合作。

1992年3月9日，中华人民共和国加入该公约。

三、核能和平利用—核电站

核能是地球上储量最丰富的能源之一。核电是清洁的能源，有利于保护环境。加快核电建设，提高核电在电力供给中的比重，有助于缓解电力增长与环境保护的矛盾；发展核电对带动一个国家高科技产业和装备制造业的发展，促进经济增长，调整能源结构，保障能源安全，实施可持续发展战略，都有重要意义。

自1954年核能首次发电以来，全球核电总容量每年均在增长，截至2017年年底，全球核电总容量为392 GWe，较2016年度增加了2 GWe。截至2018年7月31日：全球在运核电反应堆453座，共计397 GWe装机容量；全球在建核电反应堆57座，共计57 GWe装机容量。全球核电的一致目标是至2050年能够占全球电力供应的25%

截至2018年年初，中国拥有在运核电反应堆38座，占全球核电装机容量的9%。中国继续在新建核电市场中占领着重要的位置，2017年度全球4台新并网机组中中国占3台，截至2018年年初，全球59座在建反应堆中中国占18座。

核电的增长必然导致对铀矿资源需求的增长，近年来我国除开展国内铀矿勘查外，还在寻找哈萨克斯坦、加拿大和澳大利亚、纳米比亚等国的铀矿资源。

四、核事故

核事故指任何的或一系列但源自同一的、引起核损害的事故。核事故的严重程度可以有一个很大的范围，为了有一个统一的认识标准，国际上把核设施内发生的有安全意义的事件分为七个等级。在大众中影响很大的两次核事故是切尔诺贝利核事故和福岛核事故。

为了有一种易于理解的统一的术语向公众媒体通报核设施所发生事故的严重程度，使核工业界、新闻界和公众取得对事故的共同理解。1990年国际原子能机构和联合国经济合作与发展组织核能机构共同组织国际核能专家编制了国际核事件分级表，并于1991年4月使用。

切尔诺贝利核事故或简称“切尔诺贝利事件”，是一件发生在前苏联统治下乌克兰境内切尔诺贝利核电站的核子反应堆事故。该事故被认为是历史上最严重的核电事故，也是首例被国际核事件分级表评为第七级事件的特大事故。

1986年4月26日凌晨1点23分，乌克兰普里皮亚季邻近的切尔诺贝利核电厂的第四号反应堆发生了爆炸。连续的爆炸引发了大火并散发出大量高能辐射物质到大气层中，这些辐射尘涵盖了大面积区域。这次灾难所释放出的辐射线剂量是二战时期爆炸于广岛的原子弹的400倍以上。这场灾难在经济上总共损失大概两千亿美元，是近代历史中代价最“昂贵”的灾难事件。

福岛核电站地处日本福岛工业区，它是當时世界上最大的在役核电站，由福岛第一核电站、福岛第二核电站组成，共10台机组（一站6台，二站4台），均为沸水堆。2011年3月11日日本东北太平洋地区发生里氏9.0级地震，继而发生海啸，该地震导致福岛第一核电站、福岛第二核电站受到严重的影响。2011年3月12日，日本经济产业省原子能安全和保安院宣布，受地震影响，福岛第一核电厂的放射性物质泄漏到外部。2011年4月12日，日本原子能安全和保安院将福岛核事故等级定为核事故最高分级7级（特大事故）与切尔诺贝利核事故同级。

上述两例核事故应该属于极端事例，我们应该相信，随着科技的进步，和平利用核能的前景会更加美好。

五、正确对待铀矿石辐射

铀矿石确实有辐射，就是作为我们从事地质专业的人员常常会“谈铀色变”。但铀 235 和铀 238 那超长的半衰期，意味着单位时间里衰变的原子核数量很少，放射性强度很微弱。这种射线虽然电离本领很强，但它的穿透力却是所有放射线中最弱的，在空气中的射程只有几厘米远，人的皮肤或者一张普通的纸就可以屏蔽它的能量。所以，只要不通过伤口或口鼻等方式钻进体内，像铀矿石这种没有被“活化”的铀，本身放射性水平对人体来说是安全的。在野外铀矿地质调查时，常常会用手直接接触到铀矿物，这是没问题的，只是接触后，需用肥皂洗手。而核反应堆的放射性强，是因为铀原子核的裂变反应产生了大量高放射性的核素所致。

但是，在铀矿的开采、铀矿冶的生产期、退役期以及退役治理期，尾矿和废石场析出的氡是最主要的辐射源，这也是公众受到内照射伤害的主要途径。氡是气体，无色、无嗅又无味，不易被人察觉，它很容易通过呼吸道进入人体，会形成内照射。氡及其子体放出的α、γ射线可在人的呼吸系统会造成辐射损伤，引发肺癌。所以，氡的放射性性危害远大于铀、钍等。在我们放射性环境监测中氡是重点对象，包括大气氡浓度、土壤氡浓度、氡析出率等指标。

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