铀
原子序数为92的化学元素 / 维基百科,自由的 encyclopedia
已知的铀同位素都不稳定,其中以最长寿的铀-238(半衰期44.7亿年)和铀-235(半衰期7.04亿年)在自然界中最为普遍。铀是在地球上大量存在的太初元素(英语:Primordial nuclide)中原子序最高的[3],原子序大于铀的超铀元素由于半衰期较短,从地球诞生至今早已衰变殆尽,且现今自然界中也缺乏形成它们的途径或机制,因此都是以人工合成的方法发现的,仅有镎和钚等原子序较小的超铀元素被发现在铀矿中痕量生成。自然界中的铀以三种同位素的形式存在:铀-238(占天然铀的99.2739至99.2752%)、铀-235(占0.7198至0.7202%)、和微量的铀-234(占0.0050至0.0059%)。[4]天然铀在衰变时会释放出α粒子。[5]由于天然铀同位素的半衰期极长,因此它们被用于估算地球的年龄。
铀独特的核子特性有很大的实用价值。铀-235是唯一易裂变的天然铀同位素,可被慢中子撞击而裂变,如果其质量超过临界质量,就都能够维持核链反应,在核反应过程中的微小质量损失会转化成巨大的能量。这一特性使它广泛被用于核能发电以及生产核武器。然而,其在大自然存在的浓度很低,必须经过浓缩方可使用。耗尽铀-235后的发电原料被称为贫铀(组成以铀-238为主),可用做钢材添加剂,制造贫铀弹和装甲。铀-233也是一种易裂变同位素,唯自然存量极少,一般由天然的钍-232制备。铀-238自发裂变的概率极低,但快中子撞击可诱导其裂变,属于增殖性材料,即能在核反应堆中经核嬗变成为易裂变的钚-239。[6]
1789年,马丁·克拉普罗特在沥青铀矿中发现铀元素,并将其以天王星(Uranus)命名。尤金-梅尔希奥·皮里哥(英语:Eugène-Melchior Péligot)首次分离出铀金属。当时铀被用作玻璃和陶瓷的着色剂,能产生柠檬黄色至绿色,称为铀玻璃,而铀玻璃在紫外线照射下会散发绿色莹光。早期摄影曾使用铀为照片着色和晕渲。1896年,亨利·贝可勒尔发现铀的放射性。1934年起恩里科·费米、奥托·哈恩、莉泽·迈特纳及罗伯特·欧本海默等人进行研究,使铀成为核能工业所用的燃料和用于轰炸广岛的小男孩原子弹原料。冷战期间美国和苏联进行军备竞赛,生产数万个含铀或衰变产物为铀-235的钚-239的核武器。苏联解体后苏联核武器的安全问题受到公众的关注[7]。