中國現在，非常缺鈾！_風聞

1905年，愛因斯坦提出了質能方程式。

其中c指的是光速，一個很大的數，而且是平方，即使小學生也能感覺到，這個公式揭示了一種極其巨大的能量，這就是核能。

質能方程的提出

為後來的核能研究打下了基礎

（圖：wiki）▼

人們相信核聚變將開啓未來無限能源的時代，但我們目前還只能用核裂變來發電，核能發展至今不到70年，已經佔到全球電力來源的10％。

利用核裂變能發電

猶如打開了發電領域新世界的大門▼

我國到2022年底，正在運行的核電站有55座，佔全國發電量的4.98％，而且中國核電的在建容量已經多年世界第一，我們的核電還會越來越多。但與此同時，我們的鈾，卻完全不夠用。

建了這麼多核電站

鈾都不夠用了▼

用途廣泛卻儲量稀少

鈾是核裂變的關鍵原料，一公斤鈾235完全裂變，會損失大約0.09%的質量，而釋放的能量相當於燃燒2700噸優質煤，是全球核電的絕對主力“燃料”。

中國鈾資源的進口量

多年保持在較高水平▼

鈾除了能發電，還廣泛用於各種軍事和民用領域。

比如，航母和潛艇的鈾核反應堆、原子彈和氫彈都離不開鈾。鈾濃縮過程的副產品貧鈾，還能用來生產貧鈾彈和高強度裝甲。

1945年8月

代號為“小男孩”的原子彈在廣島上空爆炸

廣島市馬上淪為焦熱的火海

（圖：nationalmuseum.af.mil）▼

用貧鈾和少量鉬等金屬製成的穿甲彈

是主要的反坦克武器之一

（圖：wired3）▼

再比如，農業輻照育種、生產人造元素、放射治療、造影診斷都能用到鈾。這都進一步放大了鈾的消耗量。

自上世紀90年代以來

鈾資源便供不應求了▼

2019至2021年全球鈾資源量變化

鈾資源正在慢慢被消耗▼

根據聯合國國際原子能機構（IAEA）和核能局原子能委員會（NEA）2021年的估算，當年中國的鈾需求量高達9500噸，但自主產量只有1800噸。

顯然，光靠中國自己的鈾是不夠用的，2021年，我國進口了13000多噸（13613.9噸）的鈾資源（U3O8，含鈾84.8%），進口額13.1億美元。這個數字之後還會繼續擴大。

其實不光中國缺鈾，世界上大部分工業國都缺鈾，這種高度敏感的緊缺戰略資源，勘查、開採、提純，每個環節的難度都很大。

日本柏崎刈羽核電站

曾是世界上最大的核電站

因多次核泄漏隱患而關停

（圖：Flickr）▼

首先，鈾在地球上的含量很低，平均每噸地殼物質中，只有2.7克鈾，相當於0.00027％。按照我國現行規範，鈾的最低工業品位是0.05%，也就是説，鈾元素要富集185倍才能形成可供利用的鈾礦。如果要形成品位≥0.3 %的富礦石，就要富集1110倍。

複習一下高中化學知識

可以找到鈾是元素週期表中的第92號元素

位於IIIB族第七週期，錒系（f區）

（圖：shutterstock）▼

目前已知的含鈾礦石主要有瀝青鈾礦（U3O8）、晶質鈾礦（UO2）、鈾石（鈾的硅酸鹽）和鈾黑（鈾和釷的氧化物），它們的分佈極不均勻。

自然界的鈾礦物

其美麗的外表下

隱藏着最致命的放射性物質

（圖：wiki & mindat）▼

比如澳大利亞的儲量佔全世界的25%，中國只佔4％。

橫屏-世界查明鈾礦分佈

（開採成本＜130＄/KgU）▼

但不同鈾礦的成本差距很大，國際上會根據開採成本，把鈾礦分為兩類，每千克成本在80-260美元之間的屬於高開採成本鈾礦，澳大利亞的鈾礦就以這種為主。

成本在40-80美元甚至更低的屬於低開採成本鈾礦，哈薩克斯坦（40.51%）、加拿大（17.16 %）、巴西（11.90 %）加起來佔了三分之二。中國的鈾資源也以這種為主。

上：全球代表國家可靠鈾礦量

下：全球代表國家推測鈾礦量

（截至2021年1月 圖：IAEA）▼

提純困難卻供不應求

無論是高成本還是低成本的鈾礦，相比我們以前介紹過的鐵、銅，成本都要高得多。

這一方面是因為儲量稀少，一方面是提取困難。一般的金屬礦石，比如銅礦，只要把礦石破碎，通過浮選就能提取其中的銅，得到可供冶煉的銅精粉。

且相比銅礦這類常見金屬的開採

鈾礦大規模開採的歷史較短

提取鈾礦的技術也相對沒有那麼成熟

（銅礦浸出堆和貯水池 圖：shutterstock）▼

而鈾礦開採就複雜得多，如果用類似其他金屬礦產的傳統方式，將開採出的鈾礦石磨成細粉之後，還要通過化學或物理方法，如浸出或離子交換，從礦石裏提取鈾精礦。主要成分是八氧化三鈾和重鈾酸鈉，這就是著名的“黃餅”。

目前，幾乎所有開採鈾礦的國家都生產“黃餅”

但“黃餅”並不能直接用於核反應堆

而一般用於提煉濃縮鈾

（圖：Flickr@Nuclear Regulatory Commission）▼

另一種是近幾年快速發展的原位鈾淋濾法，從地表鑽孔將化學藥劑注入礦帶，利用化學反應選擇性地溶解礦石中的鈾，並將浸出液提取出地表，成果同樣是“黃餅”。

原位鈾淋濾法模式圖

用化學試劑溶解鈾，提取出浸出液即可▼

“紅海行動”中棕色的大桶裏裝的就是黃餅

主要是238U，輻射性遠低於濃縮鈾▼

到這裏，鈾，即將進入一個關鍵環節——分離。

鈾精礦裏的鈾，其實包含了3個天然同位素，鈾234、鈾235和鈾238，必須一一分離。

其中，只有鈾235是地球上唯一天然存在的易裂變核素，是核電廠的絕對主力燃料，但它在鈾資源中含量極低，只有0.71%。而不可裂變的鈾238佔比99.2%。所以鈾精礦需要同位素分離，製成不同純度比例的濃縮鈾，才能用作核燃料。

鈾235的核裂變示意

慢速(低能)中子將鈾235的原子核分裂成兩個新原子核

同時也產生了能量和中子

這些新產生的中子會撞擊其他鈾235原子

從而形成連鎖反應

（圖中以氪和鋇為例 圖：Britannica）▼

具體來説，就是把黃餅轉化為六氟化鈾（UF6），將其送入高速旋轉的離心機，把較輕的鈾235和較重的鈾238分離開。

經過濃縮的六氟化鈾氣體被轉化回固體的氧化鈾，就可以製造燃料棒，用於核反應堆。

濃縮工廠裏用於生產濃縮鈾的級聯氣體離心機

（圖：energy.gov）▼

這其中，鈾235的含量非常重要，如果達到3%-5%，就屬於低濃縮鈾，可以用於核電，**80%**則是高濃縮鈾，90%以上則是武器級高濃縮鈾。

從美國工廠處理的廢料中回收的高濃縮鈾坯料

（圖：EM）▼

總之，鈾的勘探、開採、提純都有很多技術門檻、而且成本很高，咱們國家以前的起點很低，但為了國防和能源安全，也只能硬着頭皮上。

在上世紀50年代，我國就開始勘查鈾礦，當時專注於花崗岩型和火山岩型鈾礦，勘查範圍集中在江西、湖南、廣東和廣西。

1943年，地質學家南延宗到廣西進行礦產地質調查

發現了鈾礦物的存在

（圖：《了不起的核工業》）▼

1958年，位於湖南郴州的711礦開始建設

711礦是中國第一座大型鈾礦

共開採出400多萬噸鈾礦石

（圖：《了不起的核工業》）▼

隨着1991年秦山核電站併網發電，開啓了我國民用核電的歷史，此後國內對鈾資源的需求迅速上漲，鈾礦勘查投資也逐年增加。

地處浙江省海鹽縣的秦山核電站

自1991年建成以來，已安全運營31年

目前其服務年限已延長至2041年

（圖：壹圖網）▼

這一時期勘查的礦牀主要是砂岩型鈾礦，主要發育在我國北方的盆地，如伊犁盆地、準噶爾盆地、鄂爾多斯盆地和松遼盆地。

從2000年到2018年，伊犁、鄂爾多斯、二連盆地和松遼盆地都探獲了新的鈾礦資源量。截至到2021年1月，我國查明的鈾資源量約33萬噸，包含15萬噸可信儲量和18萬噸推斷儲量，但對應到我們每年近萬噸的需求，還是太少了。

橫屏-中國北方砂岩型鈾礦分佈示意圖

砂岩型鈾礦為目前重要的鈾礦類型▼

未來我國還需更多的鈾

我國目前需求缺口主要在核電方面，核電站的總裝機量從2015年到2022年增長了近一倍（3000萬千瓦增長到接近5700萬千瓦），2021年的鈾消費量（9563噸）就佔了全球的15%以上。

不斷擴大的裝機容量

也對應着不斷增加的鈾需求量▼

但我們的基數畢竟太大，相比發達國家，我國的核電佔比還非常低。

橫屏-全球核電站分佈

與歐美等發達國家相比

我國核電站數量還較少▼

世界主要國家核電站建設情況

相比而言，我國核電站建設較晚

但建設速度和裝載量卻可圈可點▼

像是法國、斯洛伐克、烏克蘭等10個國家，核電佔本國發電量的30%以上。法國更是超過了70%，而我國才剛到5%，這個比例還遠遠不能改變現在煤電為主的能源結構。

核能的發展仍任重道遠▼

相比於碳排放較高的煤電、以及穩定性較弱的可再生能源，核能兼具高效、清潔和穩定性，在如今的雙碳目標下，核電作為一種清潔能源，其戰略意義不言而喻。（以2021年為例，我國運行核電機組累計發電量為4071.41億千瓦時，相當於減少燃燒標準煤11558.05萬噸，減少排放二氧化碳30282.09萬噸。）

綠水青山就是金山銀山

發展核電是實現可持續發展的必然趨勢

（深圳大亞灣核電廠 圖：圖蟲創意）▼

今年3月下旬，國家發改委、國家能源局公佈的《“十四五”現代能源體系規劃》中就提到，到2025年，核電運行裝機容量將達到7000萬千瓦左右。

IAEA和NEA則預計，到2030年和2040年，我國對鈾的需求量將高達22600噸和43400噸。

其實不僅是中國

一些發達國家也同樣存在

鈾的需求量大而生產量小的問題▼

在這倆數字面前，我們1800噸的年產量簡直杯水車薪，意味着還要加大力度進口，目前的主要進口來源國包括哈薩克斯坦、納米比亞、烏茲別克斯坦和俄羅斯。

2019年，哈薩克斯坦一半以上的鈾產量都賣到了中國，多達13000多噸，如果我們能穩住這幾大來源，再開發些新的來源，未來的鈾供應還是很有保障的。

我們的西北鄰居哈薩克斯坦

真的是富得流“鈾”啊▼

哈薩克斯坦是世界上最大的鈾生產國

僅2022年，這個國家就開採了大約16000噸鈾

（哈薩克斯坦的Inkai鈾礦 圖：wiki）▼

當然，如果以後可控核聚變和釷基反應堆能大量用於發電，我們就可以擺脱對鈾的依賴，但在這之前，鈾的地位仍無可替代。

參考資料：

1.https://cn.gii.tw/publisher/cri/

2.國家核安全局 (mee.gov.cn)

3. Army Again Turns to Depleted Uranium for New Weaponry | WIRED

4.Kashiwazaki-Kariwa Nuclear Power Station， Japan (power-technology.com)

5. Mapped: The world’s nuclear power plants - Carbon Brief

6. 李強，陳擎，王繼斌，等.世界鈾資源現狀與我國核電發展資源保障的對策建議[J].中國礦業，2023，32(3):1-9.

7. Uranium 2022: Resources， Production and Demand

8.https://www.china-nea.cn/site/content/38474.html