2.1　铀的物理性质

2.1.1　单质性质

金属铀（见图2-1）是指处于金属状态的铀。其表面具有银白色金属光泽，熔点为1130℃，100℃时的热导率为0.25W/（cm·℃）。金属铀多用作石墨或重水型生产堆棒状燃料元件的燃料芯，用热中子吸收截面较小的铝、镁及其合金作包壳材料。铀与锆、钼、铌等许多金属组成的合金，具有良好的机械性能、耐腐蚀和抗辐照性能。金属铀的化学性质很活泼，能自燃。氧化性的酸，如硝酸可快速溶解铀。工业上金属铀系通过四氟化铀（UF4）的钙（镁）金属热还原法来制备的。

图2-1　金属铀

铀是元素周期表中第七周期MB族元素，锕系元素之一，是重要的天然放射性元素，元素符号U，原子序数92。在整个元素序列中，大约到铁元素的位置以后，每个原子核都有分裂的趋势，只是由于闸门阻止着才未分裂。在自然界发现的一种元素铀，有最弱的闸门，1936年由哈恩和他的同事斯特拉斯曼在实验中第一次打破的就是这种元素。铀的外观如图2-2所示，银白色金属，熔点1132.5℃，沸点3745℃，密度18.95g/cm3，电阻率2.8×10-7Ω·m，抗拉强度450MPa，屈服强度207MPa，弹性模数172GPa。

图2-2　铀的外观

铀的热中子吸收截面为7.60b，铀有15种同位素，其原子量从227至240。所有铀同位素皆不稳定，具有微弱放射性。铀的天然同位素组成为：238U，自然丰度99.275%，原子量238.0508，半衰期4.51×109年；235U，自然丰度0.720%，原子量235.0439，半衰期7.00×108年；234U，自然丰度0.005%，原子量234.0409，半衰期2.47×105年。其中235U是唯一天然可裂变核素，受热中子轰击时吸收一个中子后发生裂变，放出总能量为195MeV，同时放2～3个中子，引发链式核裂变；238U是制取核燃料钚的原料。

其实有不少人把铀认为是自然界最重的金属，而锇的密度是22.48g/cm3，其才为最重的金属；钚是天然存在的最大的重核元素。

2.1.2　元素性质

铀（U）在元素周期表中的位置如图2-3所示。

图2-3　铀在元素周期表中的位置

2.1.3　原子性质

铀原子性质（见图2-4）：原子量238.0289；原子半径（计算值）175pm；范德华半径186pm；离子半径0.81（+6）Å（1Å=10-10m）；氧化态铀有+3价、+4价、+5价、+6价四种氧化态；负电性1.38（鲍林标度）；核外电子排布5f36d17s2（2，8，18，32，21，9，2）；第一电离能：597.6kJ/mol；第二电离能：1420kJ/mol；晶体结构：正交晶胞；结晶变体为斜方晶体、四方晶体、体心立方体；晶胞参数中a=285.37pm，b=586.95pm，c=495.48pm，α=90°，β=90°，γ=90°。

图2-4　铀

2.1.4　同位素

地球上存量最多的同位素是U-238，再者是可用作核能发电的燃料的U-235，丰度最少的是U-234。此外还有12种人工同位素（U-226～U-240）（见表2-1）。

表2-1　铀的12种人工同位素