什么是鈾？

鈾有三種天然同位素—鈾-234(U-234)、鈾-235(U-235)和鈾-238(U-238)。鈾-238是最常見的同位素，占地球上天然鈾的99%以上。大多數核反應堆使用含鈾-235的燃料，但是天然鈾濃度通常僅含有0.72%的鈾-235，而大多數反應堆的燃料中需要更高濃度的這種同位素。因此，可通過鈾濃縮人為提高鈾-235的濃度。只有加拿大的CANDU反應堆使用非濃縮鈾作為燃料。

鈾濃縮是將鈾-235的同位素比例從0.72%提高到94%的過程。

如果鈾-235的同位素比例低于20%，則被視為低濃鈾(LEU)。大多數商業反應堆使用濃度低于5%的低濃鈾作為燃料，這種鈾通常也被稱為“反應堆級鈾”。低濃鈾不會變質，可以安全儲存多年。

如果鈾濃縮度超過20%，則被視為高濃鈾。鈾-235同位素比例如此之高的鈾主要用于艦艇動力推進反應堆（例如：潛艇）、核武器和一些研究反應堆。

可使用不同的方法來提高鈾-235的同位素比例。通常情況下，黃餅（磨碎鈾礦）會轉化為氣態，稱為六氟化鈾。然后，將這種氣體泵入快速旋轉的圓筒（離心機）中，如鈾-238這類較重的同位素會被推向圓筒壁，而較輕的鈾-235則留在圓筒的中心。這樣就能過濾并收集鈾-235濃度較高的氣體。這個過程可以重復進行，直到鈾-235的同位素比例足夠為止。然后，獲得的氣體會經過一個再轉化過程，使得鈾-235轉化為黑火藥樣的物質，即二氧化鈾。

20世紀，鈾礦石大多從露天礦坑或地下挖掘場開采，這就需要對礦石進行粉碎和提煉，以便將鈾與其他元素分離。

21世紀以來，這種方法逐漸被“原地浸出”所取代。雖然2000年只有16%的鈾是通過這種技術生產的，但原地浸出法仍是目前最常見的鈾礦開采方法。2020年，全球約有58%的鈾是使用這種方法開采的。

原地浸出法是指在地下鈾礦床中循環含有絡合劑、氧化劑或酸等額外元素的水。這種方法可以直接將鈾從礦床中溶解出來。由此產生的溶液從地下提取并提煉出氧化鈾或“黃餅”，用于鈾濃縮。

開采鈾礦，將其制成核燃料，在核電站中對燃料進行輻照以及處置由此產生的廢料，這一循序漸進的過程我們稱之為核燃料循環。

核燃料循環是一個工業過程，涉及在核反應堆中利用鈾發電的各種活動。鈾礦勘探之后是鈾礦石原礦的開采和選冶。然后對原鈾進行加工，包括通過濃縮，以最大限度地提高其作為燃料的效率。乏燃料在反應堆中經過輻照后，需要貯存起來進行冷卻，然后再處置，或作為后處理得到的鈾進行再循環，或作為其他潛在發電來源重新利用。再循環后產生的廢物和貧化鈾也需要進行處置。

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在核燃料制成過程中，鈾經歷了固態、液態和氣態的物質狀態變化。固態鈾礦石溶解成液體并通過原地浸出法提取，變成固態的黃餅，然后轉化為六氟化鈾氣體，使用離心分離并加工成二氧化鈾進行濃縮，從而制成鈾芯塊，并構成作為燃料組件的基礎。

二氧化鈾是一種黑色粉末狀物質。該物質經過壓縮和加熱燒結，形成鈾芯塊。然后，將這些芯塊分別地插入長金屬管中，再將這些金屬管堆疊在一起，制成燃料組件——核反應堆燃料的主要來源。

核燃料可以通過專門的再循環廠進行后處理。回收的鈾被稱為后處理得到的鈾——它可以作為一種新型燃料重新使用。

正如我們在濃縮章節中所見，離心機生產的鈾含有較高的鈾-235同位素比例。這也意味著，剩余材料中的鈾-235同位素含量較低。如果這種濃縮副產品的鈾-235同位素比例低于0.7%，則被視為是貧化鈾。

因為貧化鈾單位質量的鈾-235含量較少，所以其放射性低于天然鈾。在濃縮之前的鈾化學純化過程中，所有衰變產物的痕跡都被清除。貧化鈾可作為低放射性廢物進行處置，也可與乏核燃料后處理過程中分離出的钚一起用于制造混合氧化物燃料（MOX）。

通常情況下，普通人每年攝入和吸入鈾的劑量不超過1μSv；相比之下，從北京到洛杉磯的單次飛行的宇宙輻射就已達到58.8μSv。此外，平均每人每年因攝入和吸入鈾的衰變產物而接觸約為120μSv的輻射劑量，其中包括：水中的鐳-226及其后代、家庭生活中的氡-222和香煙煙霧中的釙-210。然而，由于飲食習慣的不同以及飲用水中鈾含量的差異，世界各地的鈾消耗水平存在很大差異。

由于鈾具有化學毒性，大量攝入或吸入鈾可能對人體有害。因此，參與鈾的勘探、開采和加工的人員屬于高危人群，需要穿戴防護裝備，并嚴格遵守相關規定和程序以防止損害健康等問題。

• 國際原子能機構（原子能機構）開展鈾生產周期綜合審查（IUPCR）工作組訪問，使各國能夠改進其鈾生產計劃和相關基礎設施。通過這些工作組訪問，可以確定需要更多關注或額外資源的領域。
• 原子能機構提供關于鈾提取、鈾燃料制造和鈾生產殘留物管理的導則文件，確保鈾在生產過程中每一步都安全可靠。
• 原子能機構在奧地利維也納總部舉辦國際核燃料循環鈾生產和原材料的研討會，討論鈾燃料循環鈾原材料的各個方面，確保核能計劃長期可持續性。
• 原子能機構制定鈾礦開采和加工業人員職業輻射防護安全標準。
• 原子能機構提供世界鈾地質和資源的全面概述，使人們能夠深入了解當前和未來潛在的鈾發現和供應情況。原子能機構還維護著全球鈾礦床技術、地理和地質特征的數據庫。點擊此處查看全球鈾礦床地圖。
• 原子能機構提供針對未開發資源（包括鈾）的技術分析導則。
• 原子能機構鈾遺留場址協調小組（CGULS）負責促進其成員國之間的合作（通常從這些廢棄鈾礦開采場址存在放射性和有毒污染物殘留物），并促進與協助國家和國際組織合作對場址進行安全修復。了解更多信息，請觀看視頻。
• 原子能機構審查并總結有關后處理得到的鈾的管理的信息，包括：核能電能存儲、處理和再利用后處理得到的鈾等相關技術和經濟問題。