铀(Uranium)是锕系元素中的一种金属，原子序数92，其元素符号是U，是目前自然界中能够找到的最重元素。由于原子中的中子数量不同，在自然界中存在着²³⁴U、²³⁵U和²³⁸U三种铀同位素，此外还有12种人工同位素(²²⁶U-²⁴⁰U)。铀化合物早期用于瓷器的着色，在铀原子核裂变现象被发现后被广泛应用于发电、核武器制造等领域。

铀是如何被发现的？

1798年，德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗特在柏林实验室中将沥青铀矿溶解在硝酸中，再用氢氧化钠中和，成功沉淀出一种黄色化合物（可能为重铀酸钠），并利用炭加热该化合物，得到一些黑色粉末（铀的氧化物），之后他就用威廉·赫歇尔1781年新发现的天王星uranium来命名此种新元素，元素符号定为U，在当时铀仅以化合物的形式作为染色剂用于陶瓷工业、玻璃工业和纺织业。1841年，法国分析化学教授E.M.佩利若证明该物质系二氧化铀，随后用钾还原UCl₄制备了金属铀。1896年，法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒尔发现K₂UO₂(SO₄)₂·2H₂O样品能使感光胶片感光，从而发现了铀的放射性。1898年，玛丽·居里（居里夫人）证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并发现了元素镭，同时从铀矿石中提取出镭，此后铀的应用扩大到了医疗等方面。20世纪30年代，德国科学家奥托·哈恩分别与莉泽·迈特纳、弗里茨·斯特拉斯曼通过轰击实验的方法发现了铀的链式裂变效应和能量释放现象，引起了科学界对铀的重视。铀元素自此改变了他作为镭元素的副产品的身份，并逐渐成为了核工业的主角。20世纪40年代，美国设立了专门研究原子弹的机构。1945年美国分别在日本广岛和长崎投掷了第一颗²³⁵U原子弹和第一颗²³⁹Pu原子弹，1954年苏联建成了第一座核电站。从此，铀的科研和生产受到世界各国的高度重视，核武器制造和核发电工业便得到迅速发展。中国的铀工业自20世纪50年代兴起，已形成完整的和具有相当规模的科研和工业生产体系。

铀是如何分布的？

铀通常被人们认为是一种稀有金属，铀元素广泛存在于海水和地壳中，由于提取铀的难度较大，所以要远远晚于汞、铋、银这类元素的发现。铀元素的地壳丰度为2.3×10^-4%，地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5，即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀。由于铀的化学性质很活泼，所以自然界不存在游离态的金属铀，它总是以化合状态存在着。虽然铀在地壳中分布广泛，已知的铀矿物有一百七十多种，但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种，其中最重要的有沥青铀矿（主要成分为U₃O₈）、品质铀矿（主要成分为UO₂）、铀石和铀黑等。很多的铀矿物都呈黄色、绿色或黄绿色，有些铀矿物在紫外线下能发出强烈的荧光，正是铀矿物（铀化合物）这种发荧光的特性，才导致了放射性现象的发现。海水中铀的浓度为3×10^-7%，每吨海水平均只含3.3毫克铀，但由于海水总量极大（海水中总含铀量可达 4.5×10⁹吨），且从水中提取有其方便之处，所以不少国家，特别是那些缺少铀矿资源的国家，正在探索海水提铀的方法。

虽然铀元素的分布相当广，但铀矿床的分布却很有限。铀资源主要分布在澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯、纳米比亚、南非、巴西、尼日尔等国家和地区。截止2019年，全球已探明的铀矿工业储量已超过614.78万吨，我国铀矿储量约为25万吨，全球总储量的3.3%。

铀的主要用途是什么？

1942年前铀主要用作玻璃和陶瓷的着色剂，用量很少。随着²³⁵U链式核裂变反应的被发现，核裂变释放的巨大能量（1kg单质²³⁵U通过计算能量相当于20000吨TNT）引起人们的注意，铀开始被广泛用于原子弹、氢弹的制造。从20世纪50年代开始，人类就开始尝试给不受控制的核裂变释放的巨大能量套上“枷锁”，使之可以稳定长久的人类提供“清洁”能源，铀被越来越多地用作核发电的核燃料（1kg单质²³⁵U核完全裂变所释放的能量相当于燃烧2700吨优质煤所放出的能量）。1951年，美国最先建成世界上第一座实验性核电站；1985年，我国第一座核电站秦山核电站建成使用。2022年，我国核电总装机容量占全国电力装机总量的2.2%，发电量为4177.8亿千瓦时，同比增加2.5%，约占全国总发电量的4.7%，核能发电量达到世界第二。铀元素又由于其多样的性能，可以与多种金属生成金属间化合物用于制造核燃料元件；添加适量的其他金属，如铌、铬、钼或锆能改善铀的热导率、晶体结构及金相结构、热处理特性、辐照稳定性和耐蚀性等；少量的铀还可用于电子管制造业中的除氧剂和惰性气体提纯（除氧、氢外）。此外，铀核反应堆也可用作辐照源，用于农业辐照育种、食品工业食品保鲜和灭菌，也可用于生产人造元素。在医药方面用于放射治疗、放射免疫药盒、造影诊断等，在工业和地质等方面用于工业探伤、自动控制、地质勘探和文物考古等。