俗话说，巧妇难为无米之炊。接下来，我们将谈论核电站的燃料。核燃料不是地上的干柴，捡了就能用，而是储存在铀矿里。很多人对铀矿石了解不够。今天，我们不妨了解一下，讲述一下将铀矿石提炼为核燃料的艰难历程。
矿石家族& ldquo玫瑰& rdquo
铀在地球诞生之前，甚至在太阳存在之前就存在于宇宙中，后来成为地球的一员。
如果要选世界上最美的矿石，那么铀矿绝对是名列前茅& mdash& mdash它被称为& ldquo矿石家族的。玫瑰& rdquo。
图1一粒磷铅铀矿石图2碲化铀图3。硅铅铀矿床图4铜铀矾图5 autunite图6铜铀云母辐射呢？
看到上面这些铀矿，很多人的第一个问题是:铀矿石有辐射吗？就像美丽的毒蘑菇一样，铀矿那么美，辐射一定很厉害吧？摸不到吗？
首先，铀矿石有辐射，这是肯定的。但是，它的辐射水平并没有大家想象的那么可怕。有研究表明，如果一个人口袋里装着一公斤左右的铀矿石，那么他每天接受的辐射量几乎和戴夜光表一样。
以前人们用铀做调色剂，做成漂亮的玻璃，就是铀玻璃。铀曾被用于陶器釉料。
图7在紫外线照射下发光的铀玻璃图8在紫外线照射下发光的铀玻璃天然铀主要含有U-238和U-235，这两种铀的半衰期分别为44.68亿年和7.04亿年，毒性较小。此外，铀衰变时主要发射α粒子，而不是危险的γ射线。
图9原子的α衰变，释放α；粒子。图10 &α；雷，&贝塔；和γ光线穿透性演示如你所见，在& alpha雷，&贝塔；和γ射线，阿尔法；射线的穿透力最弱，一张纸就能挡住。有些人可能还不服气，但没关系。我们来看看下图。
图11铀矿石提纯过程中的中间产物& mdash& mdash鸡蛋糕这是铀矿石提纯过程中的中间产物，命名为& ldquo黄饼& rdquo它含有大约80%的氧化铀。你看，提纯的铀矿石大家都敢抓，更别说未提纯的铀矿石了。
图12高浓缩铀金属图13核电站中的核燃料这是核电站使用的核燃料。它是从上图的黄色蛋糕中获得的。戴上一副手套后，还可以拿在手上。
在铀矿里，铀的含量其实很低。兰州大学核科学技术学院院长吴望锁教授在一次公开课上告诉我们，铀的含量很低，一吨矿石提取不出一公斤铀，也就是含量不到0.1%，如果含量高于0.05%，基本可以开采。这和淘沙有什么区别？没有区别。
提纯后的铀矿石可以手持，所以可以想象一个铀矿石的辐射水平。讲到这里，估计有人会想:既然这样，开采铀矿难道没有必要采取任何防护措施吗？不，相反，在铀矿开采中有许多保护措施。这是为什么呢？
很简单，铀矿埋在地下。虽然铀的半衰期是以几亿年来衡量的，但是整个铀矿的铀量是非常大的。更重要的是，铀矿埋在地下，而且是密封的。多年来，积累了大量的放射性物质。但注意，这种放射性不是铀238和铀235直接造成的，而是铀衰变后变成氡，主要是氡造成的。氡的半衰期只有3.8235天，与铀的半衰期相比太短了。铀矿中积累了大量的氡，非常危险，必须采取防护措施。
总之，一个铀矿石的辐射并没有那么可怕。当然，如果常年放在枕边，那就不行了。
中国的铀矿
我国铀资源并不丰富，而且数量少，品位也不是很高。据世界核协会2013年统计，世界已知国家可开采的铀如下:
图14世界可开采铀矿的比例我国的铀资源约占世界可开采铀资源的4%。虽然过去两年发现了一些铀矿，但数据波动不大。
在比沙里找到黄金要困难得多。核电站使用的核燃料是U-235，不是U-238。但在天然铀中(注意天然铀不是铀矿石，是从含铀量很少的铀矿石中提取的)，铀235的含量只有0.72%，铀238的含量超过99.2%，而提炼铀就是提高铀235的浓度。
图15天然铀中铀238和铀235的比例上图代表天然铀，蓝色部分代表铀238的比例，红色部分代表铀235。
图16低浓铀中铀238与铀235的比率上图代表低浓缩铀，红色部分的铀235占3%到4%。低浓缩铀主要用于核电站。
图16高浓缩铀中铀238和铀235的比率上图代表高浓缩铀。铀235的红色部分约占90%，主要用于核武器。
几乎所有的天然铀都是铀238。提高U-235的浓度太难了，因为它们属于同一种元素，但质量差只有3个中子。它们的化学性质几乎一样！
怎么分开？以前技术不是很先进的时候，主要采用气体扩散法。原理是先把天然铀做成六氟化铀。
图17六氟化铀的分子结构在六氟化铀中铀& rdquo，可能是U-238，也可能是U-235，但我们现在知道其中99%可能是U-238。六氟化铀制成后，再加热变成气体，然后铀235从这些气体中分离出来。我们做什么呢嗯，如果& ldquo在六氟化铀气体分子中，铀& rdquo如果是铀235，那么这个气体分子更轻& mdash& mdash3中子很轻，所以气体运动的时候会走的更快，就像面粉和铁粉混在一起一样。你吹的话，面粉肯定会先行；还有，如果你在房间里同时滴一滴醋和香水，因为香水分子比较轻，扩散很快，所以我们会先闻到香水的味道。当然，这只是打个比方。事实上，分离铀235要困难得多，因为它只轻了三个中子。这样气体扩散法分离铀-235效率很低，能耗巨大，厂房壮观。
图18美国早期橡树岭的气体扩散工厂除了气体扩散法，还有离心分离法。它的原理和气体扩散法一样，还是基于U-238比U-235重一点。
图19离心分离方法离心分离法示意图。深蓝色颗粒代表含铀-238的UF6，浅蓝色颗粒代表铀-235。
当六氟化铀被放入离心机时，它可以达到每分钟40，000到60，000转。因为铀235比铀238轻，所以含铀235的六氟化铀靠近离心机转轴，含铀238的六氟化铀稍微远离转轴。离心分离法所需功率仅为气体扩散法的十分之一左右，效率要高得多。
哎，真是的，就算是炼金，从古至今，人类也没经历过这么大的麻烦。但是我们能做什么呢？人类可以戴金戒指，金项链，但是没有电一秒钟都活不下去！
