鈾-234

微量鈾的測定可用比色、分光光度、極譜、熒光、恒電流庫侖法等分析方法。常量鈾的測定可用重量法、容量法等。

（1）測量方法。

①重量法。重量法是將鈾以氫氧化物、UO₄·H₂O或適當(dāng)?shù)柠}類或重鈾酸銨形式沉淀，然后灼燒成U₃O₈進(jìn)行稱重。也可以利用有機(jī)試劑如8-羥基喹啉、亞硝酸β萘酚等沉淀六價鈾；用草酸或有機(jī)試劑如銅鐵試劑等沉淀四價鈾。UO₄·4H₂O沉淀法的優(yōu)點是選擇性好。

②容量法。容量法是利用鈾的氧化還原性質(zhì)，將溶液中的鈾還原為四價，然后用標(biāo)準(zhǔn)氧化劑進(jìn)行滴定。常用的還原劑有Zn-Hg、Fe² 、Ti³ 等。常用的氧化劑有KMnO、KCrO、Ce(SO₄)₂、NH₄VO₃等。

③分光光度法。分光光度法的靈敏度比容量法的高，適宜于測定低含量樣品，也適用于有機(jī)溶液中鈾含量的測定。常用的方法有偶氮胂Ⅲ法、氮磷偶氮Ⅲ法、Br-PADAP和PAR法等。食品或生物樣品灰用硝酸和高氯酸浸取，溶液經(jīng)磷酸鹽沉淀濃集鈾和釷，在鹽析劑硝酸鋁存在下以N235從硝酸溶液中同時萃取鈾和釷。N235是一種混合三烷基（主要辛基）叔胺，其性質(zhì)與三正辛胺相似。首先用8mol/L鹽酸溶液反萃取釷，經(jīng)反萃取釷后的有機(jī)相用0.2mol/L硝酸溶液反萃取鈾。用鋅粒還原鈾為正四價后，以鈾試劑Ⅲ顯色進(jìn)行分光光度測定鈾。

④熒光法。熒光法是測定鈾的最靈敏的方法。微量鈾與NaF熔融后，在紫外光作用下熔體能發(fā)熒光，這種根據(jù)熔體的熒光強(qiáng)弱測量鈾含量的方法稱為固定熒光法。固定熒光法的靈敏度可達(dá)10^?10g。近年來發(fā)展了激光誘發(fā)磷光法測量溶液中微量鈾的新技術(shù)，測量的靈敏度可達(dá)0.05×10^?9。

⑤激光液體熒光法。利用UO₂² 離子與熒光增強(qiáng)劑生成具有很高熒光效率的穩(wěn)定絡(luò)合物，在氮激光器發(fā)射的波長為337.1nm的單色光照射下，發(fā)出波長為500nm、522nm和546nm的黃綠色熒光，其熒光強(qiáng)度與樣品中的鈾含量在一定范圍內(nèi)成正比，利用激光鈾分析儀進(jìn)行測定。激光熒光法已發(fā)展成為測定環(huán)境樣品中微量鈾的一種新技術(shù)，它一般不需對鈾進(jìn)行預(yù)分離濃集即可直接測定，具有快速、簡便、選擇性好和靈敏度高等優(yōu)點。近年來我國帶紫外光源的微量鈾分析儀已投入使用，其操作方法與激光液體熒光法類似，但使用壽命較長，有逐步取代激光液體熒光法的趨勢。

（2）樣品中鈾的測定。

①環(huán)境和生物樣品中鈾的測定。環(huán)境和生物樣品中的鈾含量很低，需要靈敏度高的監(jiān)測方法，如分光光度法、固體熒光法、激光熒光法、X射線熒光法、緩發(fā)中子法、中子活化法和裂變徑跡法等。目前采用較多的是分光光度法、固體熒光法和激光熒光法。分光光度法基于U⁴ 和UO₂² 離子與顯色劑生成有色的化合物，其吸光度與鈾含量成正比的原理，常用的顯色劑有桑色素、偶氮胂Ⅲ、Br-PADAP[2（-5-溴代-2吡啶基偶氮）-5-二乙胺基苯酚和偶氮氯膦Ⅲ等。此方法最低可探測限一般為0.5×10^?9。固體熒光法的原理是UO₂² 與氟化鈉在適宜溫度下熔融制成熔珠并在一定波長的紫外線照射下產(chǎn)生熒光，其強(qiáng)度與鈾含量成正比，這種方法最低可探測限一般為0.5×10^?9。激光熒光法利用氮激發(fā)器（波長337nm）作為激發(fā)UO₂² 熒光的光源并通過測定熒光強(qiáng)度來測定樣品中鈾的濃度。為了增強(qiáng)UO₂² 的熒光，需要往樣品中加入熒光增強(qiáng)劑，此方法的特點是靈敏、快速，可以大大簡化分離程序。

②空氣、水、尿和生物樣品中鈾的熒光法測定。樣品經(jīng)過預(yù)處理后，用磷酸三丁酯（TBP）萃取純化，最后用固體熒光法測定鈾。該方法對空氣樣的回收率為95%左右，精密度±6%，最低可探測限為2.0×10^?3μg/m³。對于水和尿樣的最低可探測限為0.05～100μg/L，回收率大于90%，精密度小于±15%。對于生物樣品測量范圍為5×10^?9～1×10^?5gU，回收率大于90%，精密度為±6%。水中微量鈾的測定還可在pH=5.0的條件下用活性炭吸附水中鈾，并以碳酸銨解吸，然后用固體熒光法測定鈾含量。應(yīng)用范圍：0.1～200μgU/L，回收率大于80%，精密度小于±15%。

③排放廢水中鈾的分光光度法測定：在酸性介質(zhì)中，鈾酰離子與硫氰酸根離子生成的絡(luò)合物被磷酸三丁酯（TBP）萃取后，用鈾試劑Ⅲ反萃取，然后用分光光度法測定。排放廢水中鈾的測定范圍為2～100μg/L，回收率大于90%，精密度為±10%。

（3）人體內(nèi)污染檢測方法：尿樣放化分離α譜測量，典型探測限10mBq/L；糞樣放化分離α譜測量，典型探測限10mBq。

鈾在生物圈中的遷移性較差，盡管如此，植物對土壤中鈾的攝取程度比釷高。據(jù)文獻(xiàn)報道，植物/土壤鈾的濃度比為10^?4～1。個別多年生植物對鈾有較大的濃集能力，濃度水平可超過100×10^?6。顯而易見，植物對土壤中鈾的利用性不僅取決于植物的品種，更重要的是可能與土壤的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，這些因素將導(dǎo)致植物對土壤中鈾的攝取有較大的波動范圍。據(jù)對水域和陸地生態(tài)系統(tǒng)的一項綜合性研究表明，各種生物體中都可監(jiān)測出鈾的存在，一般的規(guī)律是，隨著生物鏈的營養(yǎng)級的提高，鈾的濃度不斷下降。據(jù)報道，海洋生物對鈾的濃集系數(shù)在10～400。

（1）天然存在的放射性核素，是²³⁸U的衰變子體。

（2）核燃料循環(huán)產(chǎn)生的“三廢”排出物。

（3）核電廠事故排放物。

（1）早期用作化工和陶瓷工業(yè)中的著色劑（黃色顏料）。

（2）反應(yīng)堆和原子彈的燃料。

（3）鋼鐵的冶煉和熒光玻璃。

（4）利用天然物質(zhì)中²³⁴U/²³⁸U比值估價地下水的前景、研究鈾同位素比值變化與地震關(guān)系、尋找鈾礦床、測定某些天然物質(zhì)的年齡、研究鈾及其同位素在海洋環(huán)境的地球化學(xué)行為及海洋沉積物。

名詞解釋

利用234U/238 U比值中234U的過剩，首次在骨頭化石的海洋珊瑚中獲得了一批數(shù)據(jù)，此后，用該法測定過內(nèi)陸湖的年齡，并應(yīng)用鈾同位素比值探討內(nèi)陸湖的成因。應(yīng)用鈾系不平衡法測定年齡，必須了解初始234U/238 U的比值。某些地球化學(xué)作用能夠遷移放射性同位素，破壞鈾同位素的原始組成，因而必須保持被研究對象在整個形成過程中由同一同位素組成，在這個前提下才能測得234 U/238 U的初始比值。在自然條件下，同位素遷移之大，致使不少第四紀(jì)樣品不宜于年齡測定，這使該法的應(yīng)用受到一定的限制。值得注意的是，鈾系不平衡法的定義尚未統(tǒng)一。一些學(xué)者認(rèn)為,除234 U/238 U比值外，還應(yīng)包括Io（230Th）231Pa以及Ra同位素，甚至包括Th衰變系列的同位素。也有稱上述方法為鈾系法的。 2100433B

豐度為3%~10%的鈾235為核電站發(fā)電用低濃縮鈾 ，鈾235豐度大于80%的鈾為高濃縮鈾，其中豐度大于90%的稱為武器級高濃縮鈾，主要用于制造核武器。獲得鈾是非常復(fù)雜的系列工藝，要經(jīng)過探礦、開礦、選礦、浸礦、煉礦、精煉等流程，而濃縮分離是其中最后的流程，需要很高的科技水平。獲得1公斤武器級鈾235需要200噸鈾礦石。 由于涉及核武器問題，鈾濃縮技術(shù)是國際社會嚴(yán)禁擴(kuò)散的敏感技術(shù)。目前除了幾個核大國（如美國、中國）之外，日本、德國、印度、巴基斯坦、阿根廷等國家都掌握了鈾濃縮技術(shù)。提煉濃縮鈾通常采用氣體離心法，氣體離心分離機(jī)是其中的關(guān)鍵設(shè)備，因此美國等國家通常把擁有該設(shè)備作為判斷一個國家是否進(jìn)行核武器研究的標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)時的核電站使用的是鈾核燃料。鈾有三種同位素，即鈾234、鈾235和鈾238。其中的鈾234不會發(fā)生核裂變，鈾－238在通常情況下也不會發(fā)生核裂變，而鈾235這種同位素原子能夠輕易發(fā)生核裂變，或者說，做核燃料的實際上是鈾235。但是，從礦山里開采出來的鈾（天然鈾）里面，鈾235的含量卻又是很低，僅占0.66%，絕大部分是鈾238，它占了99.2%。這就相當(dāng)于我們的煤餅廠或煉油廠，生產(chǎn)出的煤餅里大部分是泥沙，當(dāng)然也就沒法燃燒。根據(jù)研究結(jié)果，在鈾核燃料中鈾235的含量要達(dá)到3%以上才能燃燒。因此，開采出來的鈾，并不同于開采出來的煤塊直接可以用做燃料，它需要經(jīng)過提純、濃縮的手續(xù)，把鈾235的含量比例提高之后，方能用做燃料。