提起天然鈾，大家都知曉它具有一定放射性。但對于它的放射程度以及在人類生產(chǎn)活動中的應(yīng)用了解并不全面。其實，自然界中無處不存在放射性物質(zhì)，只是放射性強(qiáng)度不同而已。研究表明，一個人在衣兜里揣著重約0.5千克的鈾礦石，每天所承受的輻射量與戴著一塊夜光手表差不多。過去，鈾還被用作調(diào)色劑來制造好看的玻璃和陶器彩釉?，F(xiàn)在，就讓我們一起探索一下天然鈾的奧秘。

鈾在自然界存在3種同位素：U238、U235、U234，其中U238的含量大于99.2%，U235的含量只有0.72%，U234的含量不足0.1%，目前被核能利用的主要是易于衰變的U235。據(jù)理論測算，1千克U235衰變釋放的能量相當(dāng)于用42節(jié)火車車廂運載煤所產(chǎn)生的能量，是能量密度巨大的一種物質(zhì)。天然鈾衰變主要對外釋放α射線，并不是危險的γ射線，這種射線是氦原子的質(zhì)子核，僅需一張A4紙就可以擋住，而人的衣服和皮膚完全可以隔絕α射線，不會對人體內(nèi)部組織造成影響。

天然鈾是國家戰(zhàn)略性資源，作為“核電的糧食”，對于核電燃料保障及核工業(yè)發(fā)展具有十分重要的作用。1991年，我國第一座自行設(shè)計、建造和運營管理的30萬千瓦壓水堆核電站——秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國核能走向和平利用。經(jīng)過這些年的發(fā)展，我國已經(jīng)具備百萬千瓦級壓水堆核電機(jī)組自主設(shè)計、建造、運行、管理能力和相應(yīng)的研發(fā)體系。核能發(fā)電本身不產(chǎn)生環(huán)境污染物，是“零排放”電源，有助于大氣污染物防治和溫室氣體減排。一座百萬級千瓦核電站發(fā)電一年需消耗天然鈾約200噸，與燃煤發(fā)電相比，相當(dāng)于減少燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤300萬噸，向大氣中減排二氧化碳600萬噸、二氧化硫2.5萬噸、氮氧化物1.5萬噸。

那么，天然鈾是怎樣被核能發(fā)電所利用的呢?天然鈾不能像燃煤那樣直接作為燃料使用，需要經(jīng)歷一些復(fù)雜工藝流程才能獲得核能發(fā)電最終所需要的核燃料。

首先，水冶廠將開采出的鈾礦加工和精制成“黃餅”(主要成分是重鈾酸銨)，緊接著便是鈾礦的純化轉(zhuǎn)化——水冶廠精制的“黃餅”被進(jìn)一步提純，并加工成鈾氟化物。因為大多數(shù)核電站使用U235含量為2%至5%的低富集鈾作為核燃料，而上一步天然鈾產(chǎn)品中的U235含量相對較低，需要進(jìn)一步通過同位素分離技術(shù)將U235和U238分開，以提高U235的相對含量。它的工作原理類似洗衣機(jī)脫水原理，利用離心機(jī)通過離心旋轉(zhuǎn)，將質(zhì)量相對較輕的U235分離。U235達(dá)到富集要求后，就可以制作核能發(fā)電的最終產(chǎn)品——燃料元件。隨后將燃料元件送入反應(yīng)堆堆芯中，用外來中子轟擊其中的U235原子核，使其發(fā)生裂變，分裂成兩個原子核(分別為氪和鋇的原子核)，并釋放出2個(偶爾3個)新的中子，同時釋放大量能量;核裂變過程中產(chǎn)生的新中子，還可以被其他U235原子核俘獲使核反應(yīng)像鏈條一樣一直持續(xù)下去，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而源源不斷地釋放能量。在核電站運行過程中，可以通過升降堆芯中的控制棒來控制反應(yīng)堆的啟停，維持核反應(yīng)堆穩(wěn)定運行。

燃料元件在核電站中運行一段時間后(壓水堆約為12至18個月)，由于不能再維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就可以“光榮退休”了。此時，它被稱為乏燃料，其中包括少量未經(jīng)裂變的U235、大量難以裂變的U238、新生成的裂變材料Pu239及镎、镅等核素。乏燃料其實是非常珍貴的材料，屬于“未被利用的資源”。從反應(yīng)堆卸出的乏燃料通常會先儲存在核電反應(yīng)堆乏燃料水池中，需要冷卻貯存5年甚至更長時間。之后，可送往后處理廠開展進(jìn)一步處理——回收鈾和钚資源，制成鈾钚氧化物混合燃料，可用于壓水堆核電站和快堆核電站，同時還可獲得錒系元素和其他有用的放射性同位素。乏燃料后處理產(chǎn)生的低中放廢物，被送往低中放廢物處置場處置;產(chǎn)生的高放廢物經(jīng)玻璃固化后將被送往有穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造人工建造的深地質(zhì)處置庫中處置;基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)的廢物處置庫可以使放射性廢物與人類的生存環(huán)境永久隔離。