自 1789 年德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗特（Martin Heinrich Klaproth）发现铀以来，原子序数为 92 的物质已成为地球上最令人不安的物质之一。它天然具有放射性，但其同位素铀-235 也恰好是可裂变的，正如纳粹核化学家在 1938 年所发现的那样，当时他们做到了不可能的事，将一个铀原子核分裂成两半。加州大学伯克利分校的美国物理学家很快发现，他们可以迫使铀-238衰变成钚-239；此后，该物质一直被用于世界各地的武器和发电厂。如今，该元素继续加剧国际紧张局势，因为伊朗正在囤积铀，蔑视一项早期条约，而朝鲜的“火箭人”领导人金正恩（Kim Jong-un）继续抵制无核化。
但铀究竟是什么？除了引人注目的头条新闻，你还需要了解它什么？在这里，我们回答你最紧迫的核问题。
铀从哪里来？
铀是一种常见的金属。“在地壳、土壤和水中，都能以微量发现它，”地质学家 Dana Ulmer-Scholle 在新墨西哥州地质和矿产资源局的解释性文章中写道。但寻找更富集的矿藏——那些铀含量高到值得开采的矿藏——则更加困难。
当工程师发现有希望的矿脉时，他们就会开采铀矿石。“现在已经不是人们用十字镐采矿了，”科罗拉多大学博尔德分校的物理学家杰里·彼得森（Jerry Peterson）说。如今，它是通过浸出法提取的，彼得森将其描述为将“基本上是百事可乐——微酸性”的液体注入地下，并从相邻的孔中抽出液体。当液体渗过矿藏时，它就会将铀分离出来供收集。
铀有哪些不同类型？
铀有几种重要的同位素——同一物质的不同“风味”，它们仅在中子数量（也称为原子质量）上有所不同。最常见的是铀-238，占地球上铀总量的 99%。最不常见的同位素是铀-234，它是铀-238 衰变产生的。这些产物都不是可裂变的，这意味着它们的原子不容易分裂，因此无法维持核链式反应。
这使得同位素铀-235 如此特别——它是可裂变的，所以通过一些技巧，它可以支持核链式反应，这使其成为核电站和武器制造的理想选择。但稍后会详述。
还有铀-233。它是另一种可裂变产物，但其来源完全不同。它是钍的产物，钍是一种比铀丰富得多的金属化学元素。如果核物理学家用中子轰击钍-232，钍就会吸收一个中子，导致该物质衰变成铀-233。
就像你可以将钍转化为铀一样，你也可以将铀转化为钚。过程也很相似：用中子轰击丰富的铀-238，它就会吸收一个中子，最终导致其衰变成钚-239，这是另一种可裂变的物质，已被用于制造核能和武器。虽然铀在自然界中储量丰富，但钚几乎只在实验室中才能见到，尽管它也可以与铀一起自然存在。
如何从一块石头变成核燃料来源？
人们不会确切地给出提炼核材料的分步指南。但彼得森却非常接近。他说，从地下提取铀后，化学工程师会从样品中分离出富含铀的液体。当产生的氧化铀干燥后，它呈现出粗粒小麦粉的颜色，因此这种中间产品被昵称为“黄饼”。
从那里开始，一家工厂可以以 20 或 30 美元的价格购买一磅黄饼。他们将粉末与氢氟酸混合。产生的气体在离心机中旋转，以分离铀-238 和铀-235。这个过程称为“浓缩”。核电厂想要的不是自然存在的 0.7% 的浓度，而是浓缩到 3% 到 5% 的铀-235 的产品。而对于武器，你需要更多：如今，目标是 90% 以上。
一旦铀被浓缩，核电厂运营商就会将其与减速剂（如水）配对，减速剂可以减慢铀中中子的速度。这增加了稳定链式反应的可能性。当你的反应最终开始时，每个中子都会转化为 2.4 个中子，以此类推，在此过程中持续产生能量。
我应该带去下一次晚宴的有趣事实是什么？
试试这个：在《大众科学》（PopSci）今年早些时候的“危险”特刊中，太平洋西北国家实验室的研究科学家戴维·梅耶（David Meier）谈到了他为创建钚源数据库所做的工作。事实证明，每种钚产品都有一个可见的起源故事，因为梅耶说，“没有一种加工方法是完全相同的。”美国有两个钚生产基地。虽然来自华盛顿州汉福德（Hanford）的中间产品（PNNL 的发源地，也是曼哈顿计划的所在地）是棕色和黄色的，但梅耶说，南卡罗来纳州阿空（Akon）的萨凡纳河（Savannah River）基地生产出“一种漂亮的蓝色物质”。执法官员希望这些细微的差别——它们可能也对应于物质化学特征、颗粒大小或形状的变化——有一天能帮助他们追踪非法核发展。
或者，用放射性餐具的简短历史让你的客人眼花缭乱。铀玻璃，也称为“金丝雀玻璃”或凡士林玻璃的制造始于 19 世纪 30 年代。在威廉·亨利·珀金（William Henry Perkin）于 1856 年创造出第一种合成染料之前，染料非常昂贵，而且即使在那时它们也不持久。铀成为一种流行的方式，可以给盘子、花瓶和玻璃器皿带来深黄色或薄荷绿色的色调。但将这些家用物品放在紫外线灯下，它们都会发出令人震惊的霓虹绿黄色荧光。幸运的是，对于积极交易铀玻璃的狂热收藏家来说，这些物品大多数的放射性不足以对人类健康构成威胁。
最后一个：2002 年，医学期刊《柳叶刀》（The Lancet）发表了一篇文章，讨论了贫化铀——铀-235 提取后留下的废物——可能出现在战场上的令人担忧的可能性。人们担心，它的高密度会使其成为一种极好的弹药，能够穿透即使是最坚固的坦克。更糟糕的是，它随后可能会污染周围的景观以及它所接触到的任何人。
