[科普中国]-锕铀系

介绍

锕铀系也称锕系（区别于始于238U的铀镭放射系）。锕铀系由235U开始，经过11次连续衰变，到达稳定核素207Pb。由于235U的质量数A=235=4×58+3，是4的整数倍加3，该系其他核素质量数均为4的整数倍加3，故称4n+3系。母体235U的半衰期为7.038×108a，子体半衰期最长的是231Pa，为3.28×104a，所以，锕系建立起长期平衡，需要十万年的时间。1

锕铀系元素重要的单质和化合物为铀、钍及其化合物。 铀是一种银灰色活泼金属，在空气中易被氧化而变黑，其密度很大，与金相似，有能溶于酸，并能与许多非金属单质直接化合。铀在空气中微微受热即能燃烧，粉末状的铀在空气中甚至能自燃。铀主要以氧化物U3O8的形式存在于沥青铀矿中，其它主要氧化物铀棕色的UO2和橙色的UO3，铀最稳定的价态是+6，由于正电荷高，在溶液中U（VI）经常以铀酰离子形式存在。

铀的卤化物一般都有颜色，如UBr3为红色，UF4、UCl3、UCl4、UCl6等均为绿色，UF5为淡蓝色，UF6为白色，UCl5、UBr，UBr5为在棕色，UF3、UI3为棕色等。 钍是银白色活泼金属，在浓硫酸中会钝化。钍最稳定的氧化态为+4价，Th4+即能存在于固体中，又能存在于溶液中。二氧化钍为最常见的钍的氧化物，其为白色粉末，熔点3390度，是熔点最高的氧化物，只能溶解于硝酸和氢氟酸组成的混合酸中。硝酸钍是最重要的钍盐，易溶于水、醇、酮和酯中，常用于制取钍。 铀和钍最重要的意义均在于原子能的开发，因为天然丰度为100%的232Th受中子照射后转化成233Th，后者经两次β衰变可得到重要的和裂变材料233U。

核素锕铀系包括下列核素：

235U，231Th，231Pa，227Th，223Fr，223Ra，219Rn，215Po，211Pb，215At，211Bi，211Po，207Tl，及稳定核素207Pb。1

锕铀235U是主要的核燃料之一，为易变核燃料核素。但丰度太低，为了获实用的核燃料必须进行235U的富集。含235U90%以上的高浓铀主要用作核武器装料；含235U90%以下的各种浓缩铀及天然铀可用作各类反应堆燃料；含235U0.2%～0.3%的贫化铀可以用作核武器的反射层材料、铀合金元素及γ射线的防护层等等。它吸收慢中子后即发生裂变，裂变截面为582.2b，并伴随大量的能量放出。

完全裂变的“热能当量”约2.202×107KW·h/Kg235U。235U也能为快中子所裂变，但裂变截面远小于慢中子裂变的数值。

铀-235是原子弹的主要装药。要获得高加浓度的铀-235并不是一件轻而易举的事，这是因为，天然铀-235的含量很小，大约140个铀原子中只含有1个铀-235原子，而其余139个都是铀-238原子；尤其是铀-235和铀-238是同一种元素的同位素，它们的化学性质几乎没有差别，而且它们之间的相对质量差也很小。因此，用普通的化学方法无法将它们分离；采用分离氢元素同位素的方法也无济于事。2