鈾-234環(huán)境中的遷移

鈾在生物圈中的遷移性較差，盡管如此，植物對(duì)土壤中鈾的攝取程度比釷高。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，植物/土壤鈾的濃度比為10^?4～1。個(gè)別多年生植物對(duì)鈾有較大的濃集能力，濃度水平可超過(guò)100×10^?6。顯而易見(jiàn)，植物對(duì)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(duì)土壤中鈾的攝取有較大的波動(dòng)范圍。據(jù)對(duì)水域和陸地生態(tài)系統(tǒng)的一項(xiàng)綜合性研究表明，各種生物體中都可監(jiān)測(cè)出鈾的存在，一般的規(guī)律是，隨著生物鏈的營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高，鈾的濃度不斷下降。據(jù)報(bào)道，海洋生物對(duì)鈾的濃集系數(shù)在10～400。

（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(jià)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(cè)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。

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

（1）測(cè)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(jià)鈾；用草酸或有機(jī)試劑如銅鐵試劑等沉淀四價(jià)鈾。UO₄·4H₂O沉淀法的優(yōu)點(diǎn)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(jià)，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(cè)定低含量樣品，也適用于有機(jī)溶液中鈾含量的測(cè)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(shí)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(jià)后，以鈾試劑Ⅲ顯色進(jìn)行分光光度測(cè)定鈾。

④熒光法。熒光法是測(cè)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(cè)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(lái)發(fā)展了激光誘發(fā)磷光法測(cè)量溶液中微量鈾的新技術(shù)，測(cè)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(zhǎng)為337.1nm的單色光照射下，發(fā)出波長(zhǎng)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(cè)定。激光熒光法已發(fā)展成為測(cè)定環(huán)境樣品中微量鈾的一種新技術(shù)，它一般不需對(duì)鈾進(jìn)行預(yù)分離濃集即可直接測(cè)定，具有快速、簡(jiǎn)便、選擇性好和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)我國(guó)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(zhǎng)，有逐步取代激光液體熒光法的趨勢(shì)。

（2）樣品中鈾的測(cè)定。

①環(huán)境和生物樣品中鈾的測(cè)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)限一般為0.5×10^?9。激光熒光法利用氮激發(fā)器（波長(zhǎng)337nm）作為激發(fā)UO₂² 熒光的光源并通過(guò)測(cè)定熒光強(qiáng)度來(lái)測(cè)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(diǎn)是靈敏、快速，可以大大簡(jiǎn)化分離程序。

②空氣、水、尿和生物樣品中鈾的熒光法測(cè)定。樣品經(jīng)過(guò)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(cè)定鈾。該方法對(duì)空氣樣的回收率為95%左右，精密度±6%，最低可探測(cè)限為2.0×10^?3μg/m³。對(duì)于水和尿樣的最低可探測(cè)限為0.05～100μg/L，回收率大于90%，精密度小于±15%。對(duì)于生物樣品測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定。排放廢水中鈾的測(cè)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(cè)方法：尿樣放化分離α譜測(cè)量，典型探測(cè)限10mBq/L；糞樣放化分離α譜測(cè)量，典型探測(cè)限10mBq。

（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。

名詞解釋

利用234U/238 U比值中234U的過(guò)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(cè)定過(guò)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(cè)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(duì)象在整個(gè)形成過(guò)程中由同一同位素組成，在這個(gè)前提下才能測(cè)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(cè)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(jí)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(guò)探礦、開(kāi)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(jí)鈾235需要200噸鈾礦石。 由于涉及核武器問(wèn)題，鈾濃縮技術(shù)是國(guó)際社會(huì)嚴(yán)禁擴(kuò)散的敏感技術(shù)。目前除了幾個(gè)核大國(guó)（如美國(guó)、中國(guó)）之外，日本、德國(guó)、印度、巴基斯坦、阿根廷等國(guó)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(guó)等國(guó)家通常把擁有該設(shè)備作為判斷一個(gè)國(guó)家是否進(jìn)行核武器研究的標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)時(shí)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(huì)發(fā)生核裂變，鈾－238在通常情況下也不會(huì)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(shuō)，做核燃料的實(shí)際上是鈾235。但是，從礦山里開(kāi)采出來(lái)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(méi)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(kāi)采出來(lái)的鈾，并不同于開(kāi)采出來(lái)的煤塊直接可以用做燃料，它需要經(jīng)過(guò)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。