什么是铀？

铀有三种天然同位素—铀-234(U-234)、铀-235(U-235)和铀-238(U-238)。铀-238是最常见的同位素，占地球上天然铀的99%以上。大多数核反应堆使用含铀-235的燃料，但是天然铀浓度通常仅含有0.72%的铀-235，而大多数反应堆的燃料中需要更高浓度的这种同位素。因此，可通过铀浓缩人为提高铀-235的浓度。只有加拿大的CANDU反应堆使用非浓缩铀作为燃料。

铀浓缩是将铀-235的同位素比例从0.72%提高到94%的过程。

如果铀-235的同位素比例低于20%，则被视为低浓铀(LEU)。大多数商业反应堆使用浓度低于5%的低浓铀作为燃料，这种铀通常也被称为“反应堆级铀”。低浓铀不会变质，可以安全储存多年。

如果铀浓缩度超过20%，则被视为高浓铀。铀-235同位素比例如此之高的铀主要用于舰艇动力推进反应堆（例如：潜艇）、核武器和一些研究反应堆。

可使用不同的方法来提高铀-235的同位素比例。通常情况下，黄饼（磨碎铀矿）会转化为气态，称为六氟化铀。然后，将这种气体泵入快速旋转的圆筒（离心机）中，如铀-238这类较重的同位素会被推向圆筒壁，而较轻的铀-235则留在圆筒的中心。这样就能过滤并收集铀-235浓度较高的气体。这个过程可以重复进行，直到铀-235的同位素比例足够为止。然后，获得的气体会经过一个再转化过程，使得铀-235转化为黑火药样的物质，即二氧化铀。

20世纪，铀矿石大多从露天矿坑或地下挖掘场开采，这就需要对矿石进行粉碎和提炼，以便将铀与其他元素分离。

21世纪以来，这种方法逐渐被“原地浸出”所取代。虽然2000年只有16%的铀是通过这种技术生产的，但原地浸出法仍是目前最常见的铀矿开采方法。2020年，全球约有58%的铀是使用这种方法开采的。

原地浸出法是指在地下铀矿床中循环含有络合剂、氧化剂或酸等额外元素的水。这种方法可以直接将铀从矿床中溶解出来。由此产生的溶液从地下提取并提炼出氧化铀或“黄饼”，用于铀浓缩。

开采铀矿，将其制成核燃料，在核电站中对燃料进行辐照以及处置由此产生的废料，这一循序渐进的过程我们称之为核燃料循环。

核燃料循环是一个工业过程，涉及在核反应堆中利用铀发电的各种活动。铀矿勘探之后是铀矿石原矿的开采和选冶。然后对原铀进行加工，包括通过浓缩，以最大限度地提高其作为燃料的效率。乏燃料在反应堆中经过辐照后，需要贮存起来进行冷却，然后再处置，或作为后处理得到的铀进行再循环，或作为其他潜在发电来源重新利用。再循环后产生的废物和贫化铀也需要进行处置。

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在核燃料制成过程中，铀经历了固态、液态和气态的物质状态变化。固态铀矿石溶解成液体并通过原地浸出法提取，变成固态的黄饼，然后转化为六氟化铀气体，使用离心分离并加工成二氧化铀进行浓缩，从而制成铀芯块，并构成作为燃料组件的基础。

二氧化铀是一种黑色粉末状物质。该物质经过压缩和加热烧结，形成铀芯块。然后，将这些芯块分别地插入长金属管中，再将这些金属管堆叠在一起，制成燃料组件——核反应堆燃料的主要来源。

核燃料可以通过专门的再循环厂进行后处理。回收的铀被称为后处理得到的铀——它可以作为一种新型燃料重新使用。

正如我们在浓缩章节中所见，离心机生产的铀含有较高的铀-235同位素比例。这也意味着，剩余材料中的铀-235同位素含量较低。如果这种浓缩副产品的铀-235同位素比例低于0.7%，则被视为是贫化铀。

因为贫化铀单位质量的铀-235含量较少，所以其放射性低于天然铀。在浓缩之前的铀化学纯化过程中，所有衰变产物的痕迹都被清除。贫化铀可作为低放射性废物进行处置，也可与乏核燃料后处理过程中分离出的钚一起用于制造混合氧化物燃料（MOX）。

通常情况下，普通人每年摄入和吸入铀的剂量不超过1µSv；相比之下，从北京到洛杉矶的单次飞行的宇宙辐射就已达到58.8µSv。此外，平均每人每年因摄入和吸入铀的衰变产物而接触约为120µSv的辐射剂量，其中包括：水中的镭-226及其后代、家庭生活中的氡-222和香烟烟雾中的钋-210。然而，由于饮食习惯的不同以及饮用水中铀含量的差异，世界各地的铀消耗水平存在很大差异。

由于铀具有化学毒性，大量摄入或吸入铀可能对人体有害。因此，参与铀的勘探、开采和加工的人员属于高危人群，需要穿戴防护装备，并严格遵守相关规定和程序以防止损害健康等问题。

• 国际原子能机构（原子能机构）开展铀生产周期综合审查（IUPCR）工作组访问，使各国能够改进其铀生产计划和相关基础设施。通过这些工作组访问，可以确定需要更多关注或额外资源的领域。
• 原子能机构提供关于铀提取、铀燃料制造和铀生产残留物管理的导则文件，确保铀在生产过程中每一步都安全可靠。
• 原子能机构在奥地利维也纳总部举办国际核燃料循环铀生产和原材料的研讨会，讨论铀燃料循环铀原材料的各个方面，确保核能计划长期可持续性。
• 原子能机构制定铀矿开采和加工业人员职业辐射防护安全标准。
• 原子能机构提供世界铀地质和资源的全面概述，使人们能够深入了解当前和未来潜在的铀发现和供应情况。原子能机构还维护着全球铀矿床技术、地理和地质特征的数据库。点击此处查看全球铀矿床地图。
• 原子能机构提供针对未开发资源（包括铀）的技术分析导则。
• 原子能机构铀遗留场址协调小组（CGULS）负责促进其成员国之间的合作（通常从这些废弃铀矿开采场址存在放射性和有毒污染物残留物），并促进与协助国家和国际组织合作对场址进行安全修复。了解更多信息，请观看视频。
• 原子能机构审查并总结有关后处理得到的铀的管理的信息，包括：核能电能存储、处理和再利用后处理得到的铀等相关技术和经济问题。