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筚路蓝缕 砥砺奋进 ――纪念广东省核工业地质局二九一大队率先发现花岗岩型铀矿床五十七周年- 中国日报网
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筚路蓝缕 砥砺奋进 ――纪念广东省核工业地质局二九一大队率先发现花岗岩型铀矿床五十七周年
17:42:00 来源:国土资源部网站
[提要]&&原标题:筚路蓝缕 砥砺奋进 ――纪念广东省核工业地质局二九一大队率先发现花岗岩型铀矿床五十七周年  今年是广东省核工业地质局二九一大队率先发现花岗岩型铀矿五十七周年。1957年2月,三○九队十一分队(现广东省核工业地质局二九三大队)承接该地区的点带揭露勘探,发展成为下庄、“希望矿床”。
   原标题:筚路蓝缕 砥砺奋进 ――纪念广东省核工业地质局二九一大队率先发现花岗岩型铀矿床五十七周年
  今年是广东省核工业地质局二九一大队率先发现花岗岩型铀矿五十七周年。在这个特别的日子里,笔者以花岗岩型铀矿的“发现-研究-探索”为题,谈点浅见,为花岗岩找矿突破战略行动传递正能量,为我国发展核工业再做贡献。
  我国铀矿地质事业是从20世纪50年代初“中苏合办”起步。为了尽快摸清我国铀资源,原二机部中南三○九队二分队(现广东省核工业地质局二九一大队)于1955年4月组建,1956年4月奉命从湖南宜章进入广东开展铀矿普查。按照前苏联找矿模式,队伍部署在粤北泥盆、石碳系地层与花岗岩接触带前泥盆、龙山系变质岩地区,发现了一些点带。其中,英德小江山的龙山系石英砂岩中发现鹿弧顶矿点为铀、钴、镍、砷、铋伴生,前苏联专家认为符合国外“五元素”建造,并提出进入花岗岩不得超过100米~1500米的找矿要求,制约了当时的找矿发展。
  1956年11月的一天,是一个值得纪念的日子。该队四小队技术员刘振国和找矿人员王昌发在粤北贵东花岗岩体接触带发现了新桥异常;12月找矿员徐辉荣在新桥以南花岗岩体内,北北西向辉绿岩与走向平行、倾向相反硅化带的交切部位,发现了下庄铀矿点,揭开了在华南地区寻找花岗岩型铀矿的序幕。随后,他们在新桥至下庄85平方千米范围的岩体内发现了81个好点(带),呈现了很好的找矿远景。1957年2月,三○九队十一分队(现广东省核工业地质局二九三大队)承接该地区的点带揭露勘探,发展成为下庄、“希望矿床”。
  “希望矿床”的发现与突破,开拓了我国花岗岩型铀矿找矿的新领域。1958年6月,三○九队在下庄开会扩大普查成果。同年的8月22日,九分队(原属六○八队,后与三○九队二分队合并)姜启贵等在澜河、百顺地区,发现了诸广花岗岩体南部东坑361铀矿点、烟筒岭235矿点、牛石多231矿点、罗坑233矿点。同年的9月29日,三○九队二分队找矿员杨玉坤等在长江地区该岩体东南方向发现了硅化带型的棉花坑矿点,随后相继发现了书楼丘矿点、水石矿点和蕉坪矿点。1959年,随着花岗岩地区找矿的深入,他们在粤北地区又发现了李坑、锄头岭、江头、企岭等矿点。同时,该队进入粤西大东山花岗岩体及外围沉积变质岩地区开展区调普查,发现了汤盆水、麻坑、江湾等成矿远景区。广东省742队在诸广岩体外围南雄大断裂上,发现了中村矿点。以上的矿床、矿点形成了粤北最大铀矿聚集区――粤北花岗岩型铀矿聚集区。
  从1961年开始,二九一大队的前身中南二○九大队第三队,组织了技术干部在系统分析粤北已发现的热液铀矿床、矿点的成矿地质条件、铀矿化控制因素的基础上,研究总结粤北热液铀矿床成矿规律,首次提出了粤北热液铀矿床集中分布在上古生代隆起区边缘,花岗岩、辉绿岩、变质砂岩是粤北最有利的成矿围岩等规律性的认识,进一步明确了粤北地区找矿方向和任务。总结起来,有3点认识:
  一是研究矿体侧伏规律,突破罗坑233矿床。罗坑矿床位于罗坑村南,它产于烟筒岭硅化带下盘“入”字型构造夹持部位。该矿床于1958年9月被发现,1964年勘探。矿体受烟筒岭硅化断裂与分支断裂相交的锐角部位及其外侧压扭性次级构造控制,并沿两者相交轨迹向深部延伸。其侧伏方向为92°,侧伏角46°左右。矿床沿走向延伸20米~50米,沿倾斜深度较大,埋伏深在400米~500米。地质人员按矿体侧伏规律设计钻孔勘探,取得了较好的地质成果,已探明工业矿体69个。
  二是研究圈闭构造,发展牛石多231矿床。牛石多矿床位于牛石多村南1千米处,矿化产于北东向牛澜硅化断裂带北西侧的辉绿岩脉中。该矿床于1959年被发现,1962年勘探。经过初步揭露,牛石多矿床受圈闭构造控制(即含矿硅化断裂带与岩体、岩脉的圈闭地段内有利矿化富集),按照圈闭构造成矿规律,同时以地表射气异常和牛澜断裂硅化带与辉绿岩形成的圈闭空间,进行找矿探索,发现了3号矿体。按这一成矿规律,共找到了6个矿体,其中地表出露2个、半盲矿体2个、盲矿体2个,取得了较好的地质研究成果。
  三是研究成矿有利因素,落实中村238矿床。中村矿床位于南雄盆地东半盆北面,距南雄9千米。该矿点发现于1959年,1971年二九一大队前身基本建设工程兵二○三师六一九团一连,在前人工作只有7吨储量的中村238地区进行深部揭露,主要探索南雄断裂上盘厚层色砂砾岩矿化。技术人员通过实地调研,重新观察分析以往终孔岩芯,终于在CK12-7号钻孔岩芯中见到了头发丝细小的沥青铀矿碎屑而推测成矿空间,在已施工钻孔的空挡上,大胆设计了CK12-5号孔,找到了富厚矿体,铀矿化达23米之多。这就是有名的由7吨小矿点发展成超千吨工业铀储量的中村238矿床。
  在57年的地质勘探中,地质工作人员共完成科研项目74项,其中粤北“诸广山花岗岩型铀矿中心勘查发展及成矿规律研究”合作项目获全国科技大会进步一等奖;“我国花岗岩型铀矿成矿规律和找矿地质判据”及“我国花岗岩型铀矿的发展及其意义”获全国科学大会重大贡献奖;放射性标样分析项目达到国际先进水平等。上述科研成果为诸广地区找矿突破提供了地质依据。
  粤北的诸广山岩体南部已批准为我国“铀多金属矿整装勘查区”,找矿潜力很大,主要原因为:一是该区为全国花岗岩铀矿重要聚集区。据第一轮找矿成果显示,粤北诸广岩体南部地区,已提交了15个矿床,形成下庄、百顺、长江、城口、全安矿田。二是该区已发现好点531处,已揭露勘探325处,还有206处未勘探,复活老点带具有很大潜力。三是深部铀资源潜力大。除棉花坑302矿床控制深度在1100米之外,其他的仅在300米~400米,并在上东坑、澜河等地区已发现隐伏在100米~400米较富盲矿体。2013年8月,二九一大队实施《澜河地区铀矿普查》项目时,地质技术人员运用就矿找矿新理论,对已知地表出露的矿点,进行新的分析、新的探索、新的挖掘,悟出了一个道理:能形成一个矿床的成矿地质条件,矿化不可能在已知矿点的孤立点上,而在其周围或深部也可能成矿。根据这一认识,该队对牛石多231矿床与澜河201矿床之间的22号矿点设计施工ZK5-8钻孔验证,终于在孔深371米~377米牛澜断裂带中发现了一个厚度达6米的铀工业矿体。他们初步认为,牛澜裂带不但是导矿构造,而且也是储矿构造,揭示了向深部找矿的信息,为找矿突破激发了正能量、提供了地质依据。
  总结57年的找矿经验,我们初步得出结论:第一,客观存在的铀矿是可以被认识的。也就是说,只要这个地方有铀矿存在,就一定能找到,这就要求地质工作人员坚定找矿必胜的信心。第二,认识铀矿床和发现铀矿床要有一个过程。因为埋藏在地下的矿床有很强的隐蔽性和复杂性,必须经过实践-认识-再实践-再认识的过程,这就需要找矿人有锐意探求、坚韧不拔的攻坚精神,如此才能找出矿来。第三,找矿的认识过程是螺旋式上升。地质找矿工作必须经过普查-详查-勘探-地质资料综合分析研究-掌握成矿规律这样螺旋式上升的认识过程。第四,找矿人的主观能动性很重要。矿的客观存在与人的实践活动起决定作用的是找矿人,只要找矿人具有“三光荣”精神、科学发展观和开拓创新勇于探索精神,只要有矿,迟早会被找到,这是客观存在的找矿规律。第五,地矿队伍要形成合力。粤北诸广南部地区已成为国家级整装勘查区,二九一大队要率先行动,组织相关地矿队伍共谋实施找矿突破战略行动纲要,积极与全国地矿同行共同合作,壮大找矿突破实力,为国家提供核强国战略及核电发展所需铀资源保障做出贡献。
  (来源:国土资源部网站)
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26、二十世纪发现“铀核裂变”的重大意义
26、二十世纪发现“铀核裂变”的重要意义&&& 作者:上校阁下&&&&&&&&&
——奥托-哈恩与莉泽-迈特纳的恩恩怨怨&&&&&&&&&&&&20世纪是人类历史上科学技术发展最为辉煌的时代。科学技术的进步无论从深度还是广度上,都远远超过了过去几千年的总和,科学技术上的一系列重大发现发明接踵而至,使生产力获得了历史上从未有过的突飞猛进发展,创造了一个又一个经济奇迹。
&&&&第一次世界大战结束,世界各国精疲力竭,急需休养生息,恢复发展,也为科技发展提供了一个相对和平稳定的条件。这时期的欧洲科技界,创造发明思想空前活跃,科研教学气氛空前浓郁,学术自由,科学民主,人才流动,信息分享,呈现出一派百柯争游,欣欣向荣的景象。
&&&&当时的欧洲几乎聚集了世界上最优秀的现代科学家,可以说是群星灿烂,百花争艳。理论研究和科学试验十分活跃,一系列新的发现和发明竞相问世,令人眼花缭乱,目不暇接。
&&&&日《Nature》(自然杂志)刊登了物理学家查德威克的一篇论文,他提出:α粒子轰击铍所产生的“铍辐射”并不是α射线,而是一种新粒子,此新粒子不带电荷,因此取名为“中子”。由此,物理学家则提出了原子核的质子-中子模型。
&&&&1934年,约里奥-居里夫妇在用α粒子轰击铝靶时,得到一种天然不存在的新放射性元素磷,这是历史上发现的第一种人造的放射性同位素,当然这也是对原子核结构理论的有力证明。
&&&&1934年,费米等人用中子照射铀,在生产人工放射性核素研究时已然到了发现“铀核裂变”的大门口,再往前迈进一步,也许就能及早揭开“铀核裂变”的秘密……
&&&&中子和人工放射性的发现极大地激发了物理化学家们的热情,科学研究气氛空前高涨,这时候,欧洲科学研究新成果不断出现,似乎随时都会产生新的“诺贝尔奖牌”得主。世纪性重大发现原子核的奥秘眼看就要揭开……
&&&&与此同时,德国物理化学家奥托-哈恩和他的合作者奥地利物理学家莉泽-迈特纳正在柏林威廉皇家研究院,从事中子轰击铀核的研究工作,并利用他们在化学分析工作方面的有利条件,对所生成的多种放射性同位素进行了详细研究。历史向哈恩提供了难逢的机遇,而哈恩则奋力抓向了它。
&&&&正当哈恩和迈特纳一起致力于这一研究时,第二次世界大战爆发了。德军占领奥地利后,迈特纳父亲是犹太人,为躲避纳粹的疯狂迫害,她只得逃离柏林到瑞典斯德哥尔摩避难。哈恩如失膀臂,但未放弃这方面的努力,他与另一位德国物理学家弗里茨-斯特拉斯曼合作,按照原先设计的实验方案又开始了新的尝试和探索。
&&&&1938年9月,居里夫人的女儿伊伦娜-居里和萨维奇合作,应用放射化学方法分析中子轰击铀的产物时,又发现了一个半衰期为3.5小时的放射性新元素。
&&&&伊伦-居里的实验结果立即引起了德国的奥托-哈恩的注意。他和斯特拉斯曼看到杂志上刊登的论文之后,立即重新做了一系列实验。谁也没有料到,正是伊伦娜-居里的这一实验结果极大地激发了哈恩和他的同事们的灵感,增添了对科学研究的热忱和精力。“铀核裂变”的大门正在为哈恩而开启。
&&&&日,当他们用一种慢中子来轰击铀核时,竟出人意料地发生了一种异乎寻常的情况:反应不仅迅速强烈,释放出很高的能量,而且铀核分裂成为一些原子序数小得多的、更轻的物质成分。难道这就是核裂变?起初哈恩虽然意识到这不是一般的放射性嬗变,但一时也无法解释这种新发现就是裂变,他甚至怀疑这又是一次失败。此时“要是迈特纳在就好了”!
&&&&莉泽-迈特纳(日-日)是一位奥地利-瑞典原子物理学家,其父亲是一个犹太律师。28岁时,她在维也纳大学攻读完了物理学博士学位,她的众多成绩中最重要的是她第一个理论解释了奥托-哈恩1938年末发现的“核裂变”。1907年秋天她来到柏林,从此与德国科学家哈恩开始了长达30年卓有成效的合作,共同发表了多篇有关放射化学方面的论文,在科学史上开创了由两个不同国籍、不同学科特长和不同性别的科学家长期合作、共同发展的范例。从1924年到1930年代中期,她和哈恩几乎每年都被提名为诺贝尔化学奖得主,但都未能幸临。
&&&&日,德国占领奥地利,为躲避迫害,同年8月,这个被爱因斯坦称为“德国的居里夫人”的60岁老人被迫离开柏林经荷兰、丹麦逃往瑞典,一直到1946年在诺贝尔研究所继续她的研究工作。
&&&&12月22日,哈恩把实验结果寄给德国的《自然科学》杂志。日《自然科学》发表了哈恩的论文。哈恩在论文发表之前,把实验结果和存在的疑问写信告诉了迈特纳,征求她的意见。他在信中说,是否有可能铀239破裂成了钡和锝?我很想知道你的意见。
&&&&迈特纳和外甥、物理学家奥托-弗里希(当时他流亡丹麦,在哥本哈根玻尔所主持的研究所工作)对实验发现的现象进行了正确解释,第一个提出这种现象为“核裂变”的物理学概念,并计算出了裂变所释放出来的巨大能量。后来,迈特纳又用实验验证了这个“核裂变”。她在给哈恩的复信中明确指出:“这种现象可能就是我们当初曾设想过的铀核的一种分裂。”正是这一正确解释和计算,真正帮助哈恩打开了原子弹的大门。
&&&&1939年1月,他们两人经过仔细而又深入的讨论后,完成了关于解释“铀核裂变”现象的论文,迈特纳与弗里施并以来信的形式在英国《自然杂志》发表了题为《中子导致的铀裂体:一种新的核反应》的论文,首次将哈恩-斯特拉斯曼实验发现的物理学理论解释公诸于世,并将这一过程命名为“裂变”。当时有位美国生物学家阿诺德刚好也在哥本哈根工作,他建议把铀核分裂成两片的现象仿照活细胞的一分为二现象称作为“裂变”,从此这个名称就一直被沿用至今。
&&&&于此同时,弗里施把论文传送给了丹麦著名物理学家玻尔教授。因为在他们的论文中,也引用了玻尔的核理论对“铀核裂变”现象进行了说明。1939年1月初,玻尔正要前往美国讲学,就在他刚踏上美国国土,迈特纳和弗里施的电报也同时到达,电报说:实验已经完成,和玻尔设想的完全一致,铀在分裂时能放出大量的能量。
&&&&据说尼尔斯-玻尔知道迈特纳的实验结果之后,敲着自己的脑袋感叹道,“哦,我们真愚蠢啊?这真是神奇!”
&&&&据说,日,在美国春季物理学讨论会上,玻尔当着爆棚全场的同行宣布了哈恩-斯特拉斯曼的化学实验发现,描述了迈特纳-弗里施的物理学解释。玻尔所奉献的信息制造了从一阵骚动演变为一片轰动的场面。一些物理学家当即匆忙离席,赶在第一时间验证德国人的实验发现和奥地利人的理论解释,没过几小时便在美国人的实验室得确认。接着便有人推测:如果铀核裂变后放出一个以上中子,这些中子又能引起临近铀核的裂变,如此持续下去,就形成了所谓的“链式反应”,并会在瞬间释放出巨大的能力。
&&&&后来,奥托-哈恩又经过多次试验验证,终于肯定了这种反应就是铀235的裂变。原子核裂变的意义,关键是在中子打破重核的过程中,同时释放出巨大的能量。“铀核裂变”这一重大发现,使原子能应用变为现实,为人类开辟了新能源。从此,世界进入了原子能时代。
&&&&不得不指出,在此之前的人们对释放原子能的争议中,怀疑论者还占上风,不少人以为要打破原子核并使其发生“裂变”,需要额外吸收强大的能量而根本不可能会释放出更多的能量。而哈恩发现的“铀核裂变”,却恰恰打破了这一固有看法。这项发现在当时就被认为是令人震惊的。同年,玻尔、费米、西拉德、约里奥-居里夫妇等人在原子核液滴模型和统计理论的基础上,系统地研究了原子核的裂变过程,从此,奠定了核裂变理论的基础。
&&&&“铀核裂变”实验的发现,令哈恩获得了1944年的诺贝尔化学奖。因为担心承认和犹太人合作会危及自己的工作甚至是生命,哈恩在获奖前后一段时间,否认曾与迈特纳合作。然而,纳粹下台后,哈恩继续否认迈特纳的贡献,一再声称迈特纳只是自己的实验助手。
&&&&哈恩的新助手斯特拉斯曼也认为“莉泽-迈特纳一直是研究小组的灵魂”。世界著名物理学家玻尔也正式写信给《自然杂志》,认为“这个成就应归功于迈特纳和弗里希。”
&&&&这一切,都没有改变哈恩的坚持。他对迈特纳工作的否定,也让迈特纳难以接受。两个人在共事头15年里一直用“您”来称呼对方,最终断绝了任何联系。
&&&&看到这里,谁又能否认,科学家没有名利思想?魔鬼可以钻进灵魂,邪恶可以扭曲人性,“诺贝尔奖”可以吞噬一切!
&&&&此后,莉泽-迈特纳一直无缘诺贝尔奖,她成为最遗憾的奥地利女物理学家,这如今已成了科学史上最令人叫屈的事件之一。奥托-哈恩为此也受到一些人的责难。
&&&&后来,奥托-哈恩等人又有了更为惊人的发现。但他一生中最大的贡献仍然是1938年和斯特拉斯曼一起发现“重核裂变反应”,它揭示了利用核能的秘密。
&&&&1938年发现的“铀核裂变”现象,由于正处于战争时期,这个“铀核裂变”首先对人类社会进程最直接的影响就是建造了原子武器和原子能电站。费米在1942年建成了第一座原子反应堆,奥本海默领导了美国核武器制造。这两个人都是20世纪非常伟大的物理学家。日美国成功爆炸了第一颗原子弹,8月6日投向日本广岛的原子弹造成了大量的人员伤亡,核武器竞赛成为战后超级大国斗争的重心。这是哈恩在发现“重核裂变反应”时所没有料到的。
&&&&事情至此,人们才深切的感觉到,科学发现是好事,但科学如果利用不当,也会带来严重的危害,如果核武器被恐怖分子所利用,毫无疑问会对人类的文明造成极大的危害。在霸权横行和恐怖活动泛滥的今天,控制和销毁核武器仍然是全世界爱好和平的人民面临的重大的任务。
&&&&哈恩曾讲过这样的话:“我对你们物理学家们,唯一的希望就是,任何时候也不要制造铀弹。如果有那么一天,希特勒得到了这类武器,我一定自杀。”哈恩热爱和平,拒绝战争,不愿让纳粹政权掌握原子能技术,拒绝参与任何研究。
&&&&1945年春他和海森堡等几位原子科学家因被怀疑帮助希特勒研制原子弹而被送往英国拘禁,哈恩因此没能去领诺贝尔奖。1946年初获释回德国后,担任威廉皇帝协会(1948年改名为马克斯-普朗克协会)会长,1960年后任荣誉会长。
&&&&现在,有必要回顾一下奥托-哈恩的简历。奥托-哈恩(Otto Hahn, )是德国的杰出科学家,以研究元素同位素和放射化学著称。日生于法兰克福,1897年进入德国马堡大学,1901年在该校获得有机化学博士学位,年在该校任助教。1904年去伦敦随拉姆齐学习。1905年去加拿大蒙特利尔协助卢瑟福工作。1906年在柏林大学工作,1910年成为该校教授。1912年担任威廉皇家化学研究所放射化学部负责人,1928年任所长。1946年任威廉皇家学会(现名马克斯-普朗克学会)会长。日病逝于哥廷根。
&&&&星转斗移,沧海桑田。奥托-哈恩发现了“铀核裂变”,但他没能阻止制造原子弹,这不是他的过错。而他对迈特纳工作的否定,却引起了人们的非议。如何评价奥托-哈恩的“铀核裂变”发现?如何看待奥托-哈恩获得的诺贝尔奖?这可不是随意的事情。但我们可以确认一下事实:
&&&&一、奥托-哈恩1938年末发现了“铀核裂变”,而不是莉泽-迈特纳。1934年,费米等人用中子照射铀,在生产人工放射性核素研究时已然到了发现“铀核裂变”的大门口,但却功亏一篑,终与“铀核裂变”擦肩而过,百年一遇的历史机会倏然而逝。虽然哈恩的灵感来自伊伦-居里的实验结果,但幸运之神却惠顾了他,谁的创造发明没有受到过前人的启迪呢?也许他们的实验方案仍然是莉泽-迈特纳在时共同制定的,但这时她已经离开哈恩实验室,连哈恩的实验助手也不是。哈恩继续否认迈特纳的贡献是有道理的。历史从来都是只承认结果,不承认过程。
&&&&二、奥托-哈恩完成了“铀核裂变”的发现,却没有及时完成“铀核裂变”的正确理论解释和计算,也没有及时完成实验验证。虽然后来奥托-哈恩又经过多次试验验证,终于肯定了这种反应就是铀235的裂变,显然,这些都在迈特纳与弗里施发表论文并完成实验之后。其时,哈恩对新发现疑惑无解,他写信说“我很想知道你的意见”。一个完整的发现需要完成这样一个往返循环的过程:理论指导-实验发现-理论解释-实验验证-理论解释-实践应用。而莉泽-迈特纳及时的帮助哈恩完成了这些工作。正是迈特纳与弗里施的这一正确解释和计算,真正帮助奥托-哈恩打开了原子弹的大门。莉泽-迈特纳是哈恩的求助人,是一个合作者。她完成了理论解释和实验验证两部分。显然,哈恩继续否认迈特纳的贡献是没有道理的。
&&&&三、无论奥托-哈恩和莉泽-迈特纳谁的贡献大小,都毫发无损 “铀核裂变”发现的重大意义。它是近代科学史上的一项伟大突破,它开创了人类利用原子能的新纪元,具有划时代的深远历史意义。从实际情况来看,哈恩和迈特纳30年的合作应该是珠联璧合,优势互补。迈特纳是物理学家,哈恩是化学家,一种新物质的发现,既需要物理方法,也需要化学手段,制定物理实验方案是迈特纳的优势,鉴别物种的化学性质是哈恩的优势。据说,是迈特纳力建哈恩选择“铀裂变项目”,他们共同研究了6年。哈恩实验中发现铀裂变却因缺少足够的核物理知识而无法做出正确解释,迈特纳把93号元素鎿239误认作稀土元素因缺少足够的化学知识而错过了一个新的发现机会,恰恰有力的证明了这一点。由此看来,后人呼吁“诺贝尔奖金”应当由哈恩和迈特纳共享也是有道理的!
&&&&四、莉泽-迈特纳与哈恩、玻尔的论文通信完全是学术交流活动。一度有传闻说,是她把德国的铀秘密带到国外交给了同盟国,她甚至被美化成间谍英雄。这纯粹是无端揣度,别有用心。学术交流与间谍行为,黑白分明,毫不相干。如果说是迈特纳打开了通往原子弹的大门,但她也同时打开了通往和平应用原子能的大门。是制造原子弹还是和平利用,完全在于各国自己的选择。
&&&&——不承认莉泽-迈特纳的贡献是奥托-哈恩的过错,不授予莉泽-迈特纳诺贝尔奖却怪不得奥托-哈恩。即使哈恩承认迈特纳的贡献,后果也仍未可知。手捧“诺贝尔奖”的哈恩沮丧透了,事情怎么会弄成这样!就诺贝尔奖来说,哈恩是伟大的,迈特纳是遗憾的。这就是历史的魅力!(转载请注明作者)
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致命的诱惑:美丽但却可毁灭人类的铀矿石
&铀矿有土状、粉末状、块状等等,有些土状的铀矿被称为铀黑,而块状的则被称为沥青铀矿。铀矿石是具有放射性的危险矿物。他们除了可以提取铀用于核工业外,还可以从中提取到镭和其他稀土元素。铀,一种极为稀有的放射性金属元素,在地壳中的平均含量仅为百万分之二,其形成可工业利用矿床的几率比其他金属元素要小得多。铀矿是矿石家族的“玫瑰花”,色彩艳丽,却具放射性。铀矿石有上百种,今择其二十六种,详细介绍。
一、脂铅铀矿
【化学组成】天然的铀氧化物的混合物,是晶质铀矿氧化后和水化合最后阶段的产物。
【形态】往往呈致密块体和皮壳,产于许多著名的晶质铀。
【成因及产状】脂铅铀矿常常含有铅和钍的氧化物以及大量的水,是一种铀氧化物的混合物。为块体或覆着在其他矿物上的壳状。这种矿物的外观变化很大,有些呈树脂状,故此得名。
二、斜水钼铀矿
【化学组成】UMoO6(H2O)2·2H2O
【晶体结构】单斜晶系,斜方柱晶类。
【物理性质】细晶粒,摩氏硬度2,比重4.6。
【成因及产状】一种铀矿。罕见矿物,产出于铀矿脉之粘土矿物蚀变带内。
三、铜铀云母
【化学组成】 Cu[UO2]2[PO4]2·12H2O
【晶体结构】四方晶系。
【形态】板状、短柱状晶体,横断面四边形或八边形。
【物理性质】颜色鲜艳,翠绿色。条痕较浅,淡绿色。透明。玻璃光泽,解理面珍珠光泽。参差状断口。摩氏硬度2-2.5,比重3.22-3.60,解理{001}完全。性脆,具强放射性。紫外光下发黄绿色荧光。
【鉴定特征】以其鲜明的颜色 , 四方板状晶形,强放射性等为特征。
【成因及产状】次生矿物,产于原生铀矿床的氧化带中是铀矿床较普遍产出的矿物,形成于酸性环境。
【主要用途】提取铀的原料之一。
【其它】世界上著名的产地有德国、西班牙、英国、澳大利亚和美国等。
四、铁铀云母
【化学组成】Fe2+(H2O)8[UO2(PO4)]2
【晶体结构】单斜晶系,薄板状晶体。
【物理性质】颜色,橄榄绿、青铜黄色、黄色。透明。玻璃光泽。摩氏硬度2.5-3,比重3.4,解理{010}完全。
【成因及产状】一种铀矿。产于黄铁矿晶质铀矿脉的氧化带,与铜铀云母、水磷铀矿共生。
五、水铀矿
【化学组成】UO2)6O2(OH)8.6H2O
【晶体结构】斜方晶系
【物理性质】薄片状、针柱状晶体。放射状。紫黑色,条痕褐紫色。金属光泽,摩氏硬度2-3,解理{100}完全。
【成因及产状】铀矿之一。沥青铀矿蚀变产物,与深黄铀矿、柱铀矿共生。
六、水硅钙铀矿
【化学组成】Ca{(UO2)2[Si2O5]3}.5H2O
【晶体结构】单斜晶系。
【物理性质】晶体鳞片状。放射状、球粒状。浅黄色、黄绿色。透明。珍珠光泽。摩氏硬度3.5,比重3.35,解理{100}完全。
【成因及产状】紫外线下发弱绿色荧光。形成于铀矿床氧化带,是分布很广的表生铀矿物。具有重要的找矿意义。
七、深黄铀矿
【化学组成】Ca[(UO2)6O4(OH)6].8H2O
【晶体结构】斜方晶系,斜方双锥晶类。
【物理性质】晶体沿b轴呈柱状、针状或板状。常可见聚片 双晶
、或三连晶、棕黄-鲜黄色,条痕
浅黄。油脂光泽、玻璃光泽、金刚光泽,摩氏硬度2-3,比重5.09-5.68,溶于酸中。360摄氏度时失去全部水。
【成因及产状】铀矿床氧化带最早期产物。常与板铅铀矿共生。
八、七水硒铜铀矿又称水硒铜铀矿
【化学组成】Cu(UO2)3(SeO3)3(OH)2·7H2O
【晶体结构】斜方晶系。
【物理性质】晶体呈板状,沿{100}延展,此面有平行于{001}方向的条纹。淡黄绿色至淡绿褐色。由于表面脱水使晶体经常不透明。解理沿[100]完全。密度4.4克/厘米^3。
【成因及产状】产于铀矿床氧化带,与硅铅铀矿、硅铜铀矿、硅钙铀矿、蓝硒铜矿、高硒铜矿、硒铜铅铀矿、硒钡铀矿和孔雀石等共生。
九、绿铀矿
【化学组成】Cu[UO2(OH)4]
【晶体结构】三斜晶系。
【物理性质】平行双面晶体,板状晶形。黑绿色,条痕绿色。摩氏硬度4,比重4.96-5.03,解理{110}
完全。镜下弱多色性。溶于热盐酸,加热时会释放水分。&
【成因及产状】一种铀矿。产于铀的硫化矿床的次生富集带,次生产物。
十、碳镁铀矿又称菱镁铀矿
【化学组成】Mg2(UO2)(CO3)3·18H2O
【晶体结构】单斜晶系。
【物理性质】晶体呈针柱状、细长柱状,沿[001]延长。组成束状、皮壳状。黄色,脱水后呈浅黄色。玻璃光泽。透明。性脆,硬度1~2。密度2.05克/厘米^3。
【成因及产状】在紫外光照射下发弱的黄绿色荧光。是表生铀矿物,与石膏、板菱铀矿、纤铀碳钙石等共生。
十一、硅铜铀矿
【化学组成】Cu(H3O)2[(UO2)(SiO4)]2·3H2O&
【晶体结构】单斜晶系。
【物理性质】常呈很细的针状晶体。粉末状、致密块状、肾状、放射状、球粒状,常呈薄膜状、薄层状。浅绿色、浊绿色。透明。摩氏硬度3.5-4,比重3.8,解理{010}完全,性脆。镜下具多色性。
【成因及产状】铀矿之一。次生矿物,产于铀矿床氧化带近表面部位。
十二、硅铅铀矿又称水硅铅铀矿、硅铀铅矿
【化学组成】Pb[UO2SiO4]·H2O
【晶体结构】单斜晶系。
【物理性质】晶体呈柱状、细针状和发状。呈放射状、星状,有时亦见隐晶质。棕黄、赭石黄、琥珀黄色。条痕褐黄色。半金刚光泽、油脂光泽、强玻璃光泽,块状具暗淡光泽。解理沿[001]完全,沿[100]、[010]不完全。硬度4~5。密度5.037~6.5克/厘米^3。不发荧光。有的资料提及发弱的淡棕色荧光。
【成因及产状】产于铀矿床氧化带,在氧化带深部与硅铀矿、板铅铀矿、β硅钙铀矿共生;在氧化带内部与各种铀酰砷酸盐、磷酸盐矿物、硅钙铀矿、玻璃蛋白石共生。
十三、硅镁铀矿
【化学组成】Mg(H3O)2[(UO2)(SiO4)]2·3H2O
【晶体结构】单斜晶系,斜方柱晶类。
【物理性质】常呈致密块状或似纤维的薄层状、放射状、球粒状。淡黄色,玻璃光泽。透明。摩氏硬度3.35,比重3.54,解理{100}完全,性脆。具有弱的浊黄绿色荧光。
【成因及产状】铀矿之一。次生矿物,产于铀矿床氧化带。
十四、硅钾铀矿
【化学组成】K[UO2(SiO3OH)]2·H2O
【晶体结构】斜方晶系。
【物理性质】矿物晶体呈针状、细长柱状,呈发状、纤维状、皮壳状、放射状和似葡萄状。颜色呈稻草黄色、黄色、浅黄色。条痕浅黄色。玻璃光泽,解理面上为珍珠光泽,放射状,为丝绢光泽,微晶体为土状光泽。解理沿[010]完全,沿{001}不完全。硬度3.5~4.0。密度3.49~4.20克/厘米^3。
【成因及产状】在紫外光照射下发暗淡的绿色荧光或不发荧光。产于铀矿床氧化带,是原生铀矿物氧化的产物,与黄钙铀矿、红铀矿、水胆矾、石膏等矿物共生。
十五、硅钙铀矿
【化学组成】Ca[UO2(SiO3OH)]2·5H2O
【晶体结构】单斜晶系。
【物理性质】晶体呈针状或长柱状,呈放射状、纤维状、薄膜状或致密块状。柠檬黄、浅稻黄或浅黄白色,有玻璃光泽及丝绢光泽,解理面呈珍珠光泽。致密块体呈蜡状光泽。硬度2~3,相对密度3.68~3.86。
【成因及产状】在紫外线照射下发微弱的污黄绿色荧光或不发荧光(致密块体)。铀矿之一,含铀55.59%。形成于铀矿床氧化带,是分布很广的表生铀矿物,具有重要的找矿意义。
十六、钙铀云母
【化学组成】 Ca(H2O)8[UO2(PO4)]2·nH2O
【晶体结构】四方晶系。
【形态】板状、片状、鳞状晶体,有时成双晶。也有鳞片状、球状、粉末状、被膜状。
【物理性质】颜色有绿黄、浅绿、浅黄色。处于潮湿环境时,颜色鲜艳,透明度好。完全底面解理。金刚光泽,解理面珍珠光泽。摩氏硬度2-2.5,比重3.05-3.19。性脆,具强放射性。
【鉴定特征】鲜明的颜色,四方板状晶形,极完全解理。
【成因及产状】产于铀矿床氧化带,有时产于伟晶岩中,也有胶状产于泥煤中者。
【主要用途】铀矿原料。
【其它】主要产地有法国、葡萄牙、美国、澳大利亚。
十七、钒铀钡铅矿
【化学组成】(Ba,Pb)(UO2)2V2O8·5(H2O)
【晶体结构】斜方晶系。
【形态】晶体常呈发状。
【物理性质】颜色橙色、黄色、绿色、咖啡色。条痕浅黄色。半透明至透明。珍珠光泽。硬度3。比重4.52。
【鉴定特征】以颜色、硬度及晶体形态为鉴定特征。
【成因及产状】产于热液及沉积铀矿床氧化带。
【主要用途】铀矿原料。
【其它】世界著名产地有加蓬、美国、德国、英格兰等。
十八、钒钾铀矿又称“钒酸钾铀矿”
【化学组成】K2[VO2]2[VO4]2·3H2O
【晶体结构】单斜晶系。
【物理性质】晶体细小,片状或板状。通常呈粉末块状。鲜黄或淡黄绿色。玻璃光泽,硬度2—2.5,比重4.46,具强放射性。易溶于稀酸中。
【主要用途】分布于有机质的沉积岩的风化带(主要是砂岩),或见于沉积铀矿床的氧化带中,是提取铀、钒及镭的矿物原料。铀主要用于原子能工业。中国华东、西南有铀矿。
【其它】钒钾铀矿是提炼铀的重要矿物,为含水的钾铀酰钒酸盐。纯钒钾铀矿可含53%的铀和12%的钒。黄色、软质,有些呈小块体,有些呈土状。
十九、钒钙铀矿
【化学组成】Ca(U02)2[V8O8]·8H2O
【晶体结构】斜方晶系。
【物理性质】钒钙铀矿是一种铀和钒的氧化物矿物。黄色,蜡状光泽;像云母样具有层状,呈块体、鳞片状、板条状结晶或放射状晶体。晶体呈板状、鳞片状或板条状,沿[001]呈扁平状,沿b轴延长.常呈扇形、放射状、致密状、鳞片状、薄膜状,亦呈晶簇产出。黄、金黄或柠檬黄色,有时带绿色调。解理面上具珍珠光泽,具暗淡光泽或蜡状光泽。透明至不透明。解理沿[001]完全,沿[100]和[010]清楚。硬度约为2,易破碎.密度3.3~3.6克/厘米^3。
【成因及产状】在紫外光照射下不发荧光或发极弱的污黄绿色荧光.它是常见的表生铀矿物,主要产于砂岩型和碳酸盐型铀矿床氧化带,与钒钾铀矿\板菱铀矿、石膏、方解石等共生。
二十、翠砷铜铀矿
【化学组成】Cu(H2O)8[UO2(AsO4)]2·nH2O
【晶体结构】四方晶系,复四方双锥晶类,常呈板状晶形。
【物理性质】祖母绿色,玻璃光泽,摩氏硬度2.5,比重3.2,镜下具多色性。成分中水的含量和外界条件密切相关,加热到110摄氏度时会失去一半水。
【成因及产状】次生矿物,产于铀矿氧化带较深处。
二十一、 钡铀云母
【化学组成】Ba(H2O)8[UO2(PO4)]2&
【晶体结构】四方晶系,四方偏四方面体晶类。
【物理性质】厚板状晶体。黄绿、浅绿色。玻璃光泽、金刚光泽,解理面珍珠光泽。摩氏硬度2-2.5,比重3.5-3.53,解理{001}完全,紫外线下呈绿黄色。镜下具多色性。室温中可逸出六分子的水。
【成因及产状】产于铀矿床氧化带,与铀的各类磷酸盐共生。
二十二、贝塔石
【化学组成】(Ca,Na,U)2(Ti,Nb,Ta)2O6(OH)
【晶体结构】等轴晶系。
【形态】常呈八面体,也见四角三八面体与八面体的聚形。
【物理性质】颜色浅绿褐色、深褐色。条痕褐色。油脂光泽。无解理。贝壳状断口。性脆。硬度4-5。比重3.75-4.82。
【鉴定特征】以其形态、颜色和透射光下无色到浅黄色为特征。
【成因及产状】天河石花岗伟晶岩中与微斜长石、黑云母、易解石、钍石等共生。长霓岩化的花岗伟晶岩中与辉石、角闪石、黑云母、磁铁矿、钛铁矿、锆石等共生。另外,在热液脉中也曾发现贝塔石与绿柱石、钍铀矿及独居石等共生。
【主要用途】提取铀矿的原料之一。
【其它】世界著名的产地有马达加斯加和挪威等地。贝塔石的变种有:稀土贝塔石,钽贝塔石、铅贝塔石铝贝塔石、钍贝塔石和铅贝塔石等。该矿物的其它名称还有:贝塔石、铌钛铀矿、钛酸铌酸铀矿。
二十三、钡磷铀矿
【化学组成】Ba(H2O)[(UO2)4(PO4)2(OH)8]
【晶体结构】斜方晶系。
【物理性质】薄板状、片状晶体,皮壳状。黄色,浅黄条痕。摩氏硬度2-3,比重4.2。
【成因及产状】紫外线下橙褐色微弱荧光。一种铀矿,与铀的磷酸盐共生。
二十四、板铅铀矿
【化学组成】Pb2[(UO2)O4(OH)6]·H2O
【晶体结构】斜方晶系,斜方双锥晶类。
【物理性质】针状柱状晶体,纤维状、糖粒状、土状。红棕色,桔黄色,条痕桔红色。金刚光泽、玻璃光泽。摩氏硬度4-5,比重7.192。450摄氏度时全部脱水。&
【成因及产状】产于铀矿床氧化带下部,与深黄铀矿、红铀矿共生。
二十五、板菱铀矿又称板碳铀矿
【化学组成】NaCa3(UO2)[F|(CO3)3|SO4]·10H2O
【晶体结构】斜方晶系。
【物理性质】晶体呈板状,沿[001]呈扁平状,具明显的假六方形轮廓。底面发育良好而呈似云母状。呈叶片状、鳞片状或皮壳状、薄膜状。黄、绿黄、蓝绿色。玻璃光泽至珍珠光泽。透明。解理沿[001]完全,沿[100]清楚。硬度2.5~3。性脆。密度2.47~2.55克/厘米^3。
【成因及产状】在紫外光照射下发很强的蓝绿色荧光。是表生铀矿物,含铀酰的溶液蒸发在坑道壁七形成,或形成于干燥炎热地区铀矿床氧化带的上部,多与菱镁铀矿、多水碳钙镁铀矿、石膏等共生。
二十六、沥青油矿
【化学组成】沥青铀矿是一种具放射性的富含铀的矿石,主要成分为二氧化铀,同时亦包含三氧化铀、铅、钍和稀土元素。
【历史】其发现历史可以追溯到至少十五世纪德国厄尔士山脉的银矿开采过程中。书面记录来却是源自F.E.Brckmann在1727年对捷克共和国Jchymov地区的矿物记录。铀元素于1789年被德国化学家马丁·克拉普罗特(Martin
Klaproth)在Johanngeorgenstadt矿脉首先发现。所有的沥青铀矿中均含有少量铀的放射性衰变产物镭。同时也含有少量铅的同位素Pb-206和Pb-207,U-235和U-238的衰变产物。作为α衰变
的产物,沥青铀矿中还存在少量的氦。这也是氦在太阳光谱中被发现后第一次在地球沥青铀矿中被发现。沥青铀矿中还能找到极少量的锝(大约0.2ng/kg),由U-238裂变产生。
【用途】沥青铀矿是铀的主要矿藏来源。目前地球上所发现的已知含铀量最高的矿床分别在刚果民主共和国的Shinkolobwe(曼哈顿计划的最初矿源),加拿大萨斯喀彻温省北部的阿萨巴斯卡盆地。另一个沥青铀矿的主要产地在加拿大西北地区的大熊湖,与银矿同存。
铀,原子序数92,原子量238.0289,是最重要的核燃料,元素名源于纪念1781年发现的天王星。是致密而有延展性的银白色放射性金属。铀在接近绝对零度时有超导性,有延展性。铀的化学性质活泼,易与绝大多数非金属反应,能与多种金属形成合金。铀最初只用做玻璃着色或陶瓷釉料,1938年发现铀核裂变后,开始成为主要的核原料。1789年德国化学家克拉普罗特从沥青铀矿中发现铀的氧化物。
& 铀(普通话拼音:y&u
;英语拼写:Uranium),得名于天王星的名字“Uranus”。铀是元素周期表中第七周期MB族元素,锕系元素
之一,是重要的天然放射性元素,元素符号U,原子序数92,原子量238.0289。铀原子有92个质子和92个电子,其中6个是价电子。铀是银白色金属,熔点1132.5`C,沸点;,密度18.95g/c砰,电阻率30.8X10-8n"m,抗拉强度450MPa,屈服强度207MPa,弹性模数172GPa。铀在接近绝对零度时有超导性,有延展性。铀的热中子吸收截面为7.60b,铀有15种同位素,其原子量从227-240。所有铀同位素皆不稳定,具有微弱放射性。铀的天然同位素组成为:238u(自然丰度99.275%,原子量238.0508,半衰期4.51X109a),235U(自然丰度0.720%,原子量235.0439,丰衰期7.00X108a),234U(自然丰度0.005%,原子量234.0409,丰衰期2.47X105a)。其中235u是惟一天然可裂变核素,受热中子轰击时吸收一个中子后发生裂变,放出总能量为195MeV,同时放2~3个中子,引发链式核裂变;238U是制取核燃料钚
主要铀化合物
& & 铀之英文名称 Uranus
沿自天王星,而天王星名字来自希腊神祇乌拉诺斯。
& & 1789年由 M.J. Klaproth
(德国,伯林)发现,1841年由 W.M. Peligot (法国,巴黎)首次作为金属分离出。
& & 存在于许多岩石中,但大量只存在于沥青铀矿
和钒钾铀矿中。
在自然界中,铀以铀-238(99.2742%)、铀-235(0.7204%)以及极微量的铀-234(0.0054%)等同位素存在。铀衰变时释放出α粒子,过程缓慢,拥有很长的半衰期。铀-238的半衰期约为44.7亿年,铀-235则为7.04亿年[4],常用于测定地质年代。少量存在于独居石
等稀土矿石中。铀是自然元素中质量次重、原子量次高的元素,仅次于钚-244[3]。它的密度比铅高出约70%,但不如金、钨密食。铀在自然界中以数百万分率的低含量存在于土壤、矿石和水中,可借由开采沥青铀矿等含铀矿物并提炼之。
古时候它被用作玻璃颜料,现在用作核反应及核弹燃料。千百年来铀一直被用作给玻璃染色的色素,然而现在纯金属铀是核反应堆和原子弹中使用的核燃料。少量用于电子管制造业中的除氧剂和惰性气体提纯(除氧、氢)。
铀最初只用做玻璃着色或陶瓷釉料,1938年发现铀核裂变后,开始成为主要的核原料。在居里夫妇 发现镭
以后,由于镭具有治疗癌症的特殊功效,镭的需要量不断增加,因此许多国家开始从沥青铀矿中提炼镭,而提炼过镭的含铀矿渣就堆在一边,成了“废料”。然而,铀核裂变现象发现后,铀变成了最重要的元素之一。这些“废料”也就成了“宝贝”。从此,铀的开采工业大大地发展起来,并迅速地建立起了独立完整的原子能工业
铀 - 综合性质
元素周期表·铀
名称 铀(U)
系列 锕系元素&
周期,元素分区 7,f
类型 金属&
外表 银白色
太阳中的含量 0.001ppm
海水中的含量 0.00313ppm
发现人 马丁·海因里希?克拉普罗特(Martin Heinrich Klaproth)(1789)
原子量 238.0289
原子半径(计算值) 175 pm
范德华半径 186 pm
离子半径 0.81(+6)埃
氧化态 U+6(U+2,U+3,U+4,U+5)
负电性 1.38(鲍林标度)
核外电子排布 [氡]5f3 6d1 7s2(2-8-18-32-21-9-2)
第一电离能 597.6 KJ/mol
第二电离能 1420 KJ/mol
晶体结构 晶胞为正交晶胞
结晶变体 斜方晶体、四方晶体、体心立方体
晶胞参数 a=285.37pm
b=586.95pm
c=495.48pm
性质 固体 放射性、顺磁性
密度 18.95 g/cm^3
熔点 51;(1405K)
沸点 51;(4407K)
摩尔体积 12.49 cm^3/mol
汽化热 477 kJ/mol
熔化热 15.48 kJ/mol
声速 3155 m/s(293.15K)
比热 120 J/(kg?K)
电导率 3.8&10^6/(m?Ω)
热导率 27.6 W/(m?K)&
地球上存量最多的同位素是铀-238,再者是可用作核能发电的燃料的铀-235,丰度最少的是铀-234。此外还有12种人工同位素(铀-226~铀-240)。
& & 同位素及放射线:
U-230[20.8d]&
U-231[4.2d]&
U-232[70y]&
U-233[159000y]&
& & U-234(放
α[247000y])
& & U-235(放
U-237[6.75d]&
& & U-238(放
同位素 & &
&丰度 & &半衰期
& & &衰变模式
& & &衰变能量MeV
& &衰变产物
U-232 & & &
&68.9年 & &
& 自发分裂 & &
&&α衰变 5.414 &
& & Th-228
U-233 & & &
&人造 & 159200年 &
& & &自发分裂
& & & 197.93
&α衰变 &4.909 &
U-234 & & &
0.006% &245500年 &
& & &自发分裂
& & & 197.78
&α衰变 &4.859 &
U-235 & & &
0.72% & 7.038&10^8年 & 自发分裂
& & & 202.48
&&α衰变 & 4.679
U-235m & &
&人造 & &约25分钟
&同质异构转变 &
&&1 Kr-92,Ba-141,
& & &2个种子
U-236 & & &
人造 & &2.342&10^7年
& 自发分裂 & &
& 201.82&α衰变 &
4.572 & & &
U-236m & &
&121&10^-9秒 &
&自发分裂 & &
U-237 & & &
人造 & & 6.75日 &
& & & β衰变
& &0.519 &
U-238 & & &
99.275%&&4.468&10^9年
&自发分裂 & &
& 205.87 -α衰变 & 4.270
& &Th-234&
&形成效果图
铀的氟化物六氟化铀(UF6),它的熔点是摄氏56度、三相点是摄氏64度及稍高于大气压力。提炼铀-235的方法之一就是分离不同分子量的六氟化铀。
铀235能产生非常大的动能.约等于10吨多的木炭
铀可以进行核反应,其释放的巨大能量可用来发电或作为武器。
用中子撞击铀-235,可引发链式反应。铀-238经慢中子撞击后会变成铀-239,然后衰变到钚(台湾、港澳译作钸),也可以进行核反应。
铀-238的衰变
U(铀)-238 → Th(钍)-234 → Pa(镤)-234 → U(铀)-234 → Th(钍)-230 →
Ra(镭)-226 → Rn(氡)-222 → Po(钋)-218 → Pb(铅)-214 或 At(砈)-218 →
Bi(铋)-214 → Po(钋)-214 或 Tl(铊)-210 → Pb(铅)-210 → Bi(铋)-210 →
Po(钋)-210 或 Tl(铊)-206 → Pb(铅)-206。&
& & 发现人:克拉普罗特
(M.H.Klaproth) &&
& & 发现年代:1789年
& & 发现过程:1789年,由德国
化学家克拉普罗特(M.H.Klaproth)从沥青铀矿中分离出,就用1781年新发现的一个行星——天王星
命名它为uranium,元素符号定为U。1841年,(E.M.Peligot)指出,克拉普罗特分离出的“铀”,实际上二氧化铀。他用钾还原四氯化铀,成功地获得了金属铀。1896年有人发现了铀的放射性衰变。1939年,哈恩(O.Hahn)和斯特拉斯曼(F.Strassmann)发现了铀的核裂变现象。自此以后,铀便变得声价百倍。
铀的地壳丰度为2.3X10-4%,海水中铀浓度3X10-7%,已发现铀矿和含铀矿物约有500多种,其中常见并具有工业价值的约20-30种,如原生铀矿中的沥青铀矿物(含铀40%-76%),晶质铀矿物(含铀65%-75%)和钦铀矿(含铀>40%),次生铀矿中的钒钙铀矿(含铀50%-60%),钾矾铀矿(含铀约50%)等。此外含铀的磷酸盐矿、褐煤、页岩等都可成为提铀的原料。世界铀矿资源主要分布在6大聚集区:①北美(加拿大、美国);②澳大利亚;③中非和南非(尼日尔、纳米比亚、加蓬、南非);④西欧(法国、西班牙);⑤南美(巴西、阿根廷);⑥独联体国家。20世纪80年代公布的世界铀储量约443万吨。中国有丰富的铀资源,到目前为止已找到10多种类型的铀矿床,中国铀资源的95%分布于花岗岩型矿床(38%)、砂岩型矿床(21%)、火山岩型矿床(20%)和碳酸铀的提取冶金包括铀精矿和富集物浸出、铀的富集和分离。高纯铀化合物(UO2、UF6、UF4、U308等)的制取,同位素分离和金属铀制取等阶段。铀的提取冶金具有两个特点:①铀矿石的品位很低,一般含(238U十235U)0.1%-0.2%,而其中235U仅为0.4%,为获得核纯铀,必须经过多次富集和提纯;②核纯铀需再经同位素分离,制成不同丰度的浓缩235U。&
1、铀是重要的核燃料,主要用于原子能发电和核武器,1kg235U核完全裂变所释放的能量相当于燃烧2500t优质煤所放出的能量,核燃料动力堆用于原子能发电、供热和潜水艇等船艇的动力装置,世界核能发电量约占总发电量的23%。
核电站应用较多的反应堆为:轻水堆(以烧结低浓UO2为燃料)、重水堆(以天然UO2芯块作燃料)和块中心增殖堆(以PUO2和天然UO2混合物作燃料)。
2、军事上铀用作核武器燃料,用纯净235
92U制造的原子弹叫原子弹。估计一颗铀原子弹约需10kg纯铀。另一种原子弹是由238 92U产出的怀弹。
3、同时铀和怀也是热核武器氢
& & &在居里夫妇
发现镭 以后,由于镭具有治疗癌症 的特殊功效,镭的需要量不断增加,因此许多国家开始从沥青铀矿
中提炼擂,而提炼过镭的含铀矿渣就堆在一边,成了“废料”。
然而,铀核裂变现象发现后,铀变成了最重要的元素之一。这些“废料”也就成了“宝贝”。从此,铀的开采工业大大地发展起来,并迅速地建立起了独立完整的原子能工业体系。
& & 铀是一种带有银白色光泽的金属,比铜
稍软,具有很好的延展性,很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。铀的比重很大,与黄金
差不多,每立方厘米约重19克,象接力棒那样的一根铀棒,竟有十来公斤重。
铀的化学性质很活泼,易与大多数非金属元素发生反应。块状的金属铀暴露在空气中时,表面被氧化层覆盖而失去光泽。粉末状铀于室温下,在空气中,甚至在水中就会自燃。美国用贫化铀制造的一种高效的燃烧穿甲弹—“贫铀弹
”,能烧穿30厘米厚的装甲锕板,“贫铀弹”利用的就是铀极重而又易燃这两种性质。
铀元素在自然界的分布相当广泛,地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5,即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀,这比钨 、汞 、金 、银
等元素的含量还高。铀在各种岩石中的含量很不均匀。例如在花岗岩中的含量就要高些,平均每吨含3.5克铀。依此推算,一立方公里的花岗岩就会含有约一万吨铀。海水中铀的浓度相当低,每吨海水平均只含3.3毫克铀,但由于海水总量极大,且从水中提取有其方便之处,所以目前不少国家,特别是那些缺少铀矿资源的国家,正在探索海水提铀的方法。由于铀的化学性质很活泼,所以自然界不存在游离的金属铀,它总是以化合状态存在着。已知的铀矿物有一百七十多种,但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种,其中最重要的有沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀
)、(二氧化铀 )、铀石 和铀黑
等。很多的铀矿物都呈黄色、绿色或黄绿色。有些铀矿物在紫外线下能发出强烈的荧光,我们还记得,正是铀矿物(铀化合物)这种发荧光的特性,才导致了放射性现象的发现。
世界铀资源量超过1500万吨。据WISE资料,截止日,世界已知常规铀可靠资源回收成本小于130美元/kg
铀的资源量为316.92万吨。其中回收成本小于40美元/kg铀资源量约173.05万吨;回收成本小于80美元/kg铀资源量约245.82万吨。世界铀资源量较多的国家有澳大利亚、哈萨克斯坦、美国、加拿大、南非、纳米比亚、俄罗斯、和尼日尔,铀资源量均在10万吨以上。我国铀矿资源也十分丰富。
铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的最好标志。人的肉眼虽然看不见放射性,但是借助于专门的仪器却可以方便地把它探测出来。因此,铀矿资源的普查和勘探几乎都利用了铀具有放射性这一特点:若发现某个地区岩石、土壤、水、甚至植物内放射性特别强,就说明那个地区可能有铀矿存在。
铀矿的开采与其它金属矿床的开采并无多大的区别。但由于铀矿石的品位一般很低(约千分之一),而用作核燃料的最终产品的纯度又要求很高(金属铀的纯度要求在99.9%以上,杂质增多,会吸收中子而妨碍链式反应的进行),所以铀的冶炼不象普通金属那样简单,而首先要采用“水冶工艺”,把矿石加工成含铀60~70%的化学浓缩物(重铀酸铵),再作进一步的加工精制。
铀水冶得到的化学浓缩物(重铀酸氨)呈黄色,俗称黄饼子,但它仍含有大量的杂质,不能直接应用,需要作进一步的纯化。为此先用硝酸将重铀酸铵溶解,得到硝酸铀酰溶液。再用溶剂萃取法纯化(一般用磷酸三丁酯作萃取剂),以达到所要求的纯度标准.纯化后的硝酸铀酰溶液需经加热脱硝,转变成三氧化铀,再还原成二氧化铀。二氧化铀是一种棕黑色粉末,很纯的二氧化铀本身就可以用作反应堆的核燃料。
为制取金属铀,需要先将二氧化铀与无水氟化氢反应,得到四氟化铀
;最后用金属钙(或镁)还原四氟化铀,即得到最终产品金属铀。如欲制取六氟化铀以进行铀同位素分离,则可用氟气与四氟化铀反应。
至此,能作核燃料使用的金属铀和二氧化铀都生产出来了,只要按要求制成一定尺寸和形状的燃料棒或燃料块(即燃料元件),就可以投入反应堆使用了。但是对于铀处理工艺来说,这还只是一半。
废燃料之所以要从反应堆中卸出来,并不是因为里面的裂变物质(铀235)已全部耗尽,而是因为能大量吸收中子的裂变产物积累得太多,致使链式反应
不能正常进行了。所以,废燃料虽“废”,但里面仍有相当可观的裂变物质没有用掉,这是不能丢弃的,必须加以回收。而且在反应堆中,铀238吸收中子,生成钚239。钚239是原子弹的重要装药,它就含在废燃料中,这就使得用过的废燃料甚至比没有用过的燃料还宝贵。除此而外,反应堆运行期间,还生成其它很多种有用的放射性同位素,它们也含在废燃料中,也需要加以回收。
从原理上讲,废燃料的处理与天然铀的生产并无多大差别。一般先把废燃料溶解,再用溶剂萃取法把铀、钚和裂变产物相互分开,然后进行适当的纯化和转化。但实际上,废燃料的处理是十分困难的。世界上很多国家都能生产天然铀,很多国家都有反应堆,但是能处理废燃料的国家却并不多。
铀 - 铀与原子弹
使用常规有规律的安放在铀的周围,然后使用电子雷管使这些炸药精确的同时爆炸,产生的巨大压力将铀压到一起,并被压缩,达到临界条件,发生爆炸。或者将两块总质量超过临界质量的铀块合到一起,也会发生猛烈的爆炸。
&临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料,受核子的性质(如裂变横切面)、物理性质、物料形状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响,而会有不同的临界质量。
&刚好可能以产生连锁反应的组合,称为已达临界点。比这样更多质量的组合,核反应的速率会以指数增长,称为超临界
。如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应,这种临界被称为即发临界,是超临界的一种。即发临界组合会产生核爆炸。如果组合比临界点小,裂变会随时间减少,称之为次临界。
核子武器在引爆以前必须维持在。以铀核弹为例,可以把铀分成数大块,每块质量维持在临界以下。引爆时把铀块迅速结合。投掷在广岛的“小男孩”原子弹是把一小块的铀透过枪管射向另一大块铀上,造成足够的质量。这种设计称为“枪式”。
钚核弹不能以这种方法引爆。第一枚钚原子弹“胖子”的钚是造成一个在次临界以下的中空球状。引爆时使用包围在四周的炸药把钚挤压,增加密度及减少空间,造成即发临界。这成设计称为“内爆式”。&
& & 铀主要含三种同位素
,即铀238、铀235和铀234,其中只有铀235是可裂变核元素,在中子轰击下可发生,可用作原子弹 的核装料和核电站
反应堆的燃料。
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,主要用于制造核武器。
在天然矿石中铀的三种同位素共生,其中铀235的含量非常低,只有约0.7%。为满足核武器和核动力的需求,一些国家建造了铀浓缩厂,以天然铀矿作原料,运用同位素分离法(扩散法、离心法和激光法等)使天然铀的三种同位素分离,以提高铀235的丰度,提炼浓缩铀。
& & 铀 - 铀对人体的危害
铀属高毒性元素,进入人体的铀颇难以体内排出,由它发射的阿尔法射线所引起的体内辐照损伤是高度累积性的,易蓄积在谷歌、肝肾部位。其显示的化学毒性与汞相似,会引起肾脏病变、肝炎及神经系统病变。但除非是战事或突发性职业事故,日常生活中经人体摄入多量铀的事故是极为罕见的。
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