铀

核能发电

铀是全球核电站的主要燃料，约占全球发电量的10%。天然铀含有0.7%的铀-235，这种可裂变同位素会发生核裂变。对于大多数核反应堆，铀必须通过涉及六氟化铀气体和离心机级联的复杂工艺，将铀浓缩至3-5%的U-235浓度。

反应堆类型与燃料循环

压水反应堆（PWR）和沸水反应堆（BWR）使用堆叠在锆合金燃料棒中的浓缩二氧化铀芯块。先进的反应堆设计，如加拿大重水铀（CANDU）反应堆，由于采用重水慢化剂，可以使用天然铀；而快中子增殖反应堆能够将铀-238转化为钚-239，使铀燃料供应量实际上延长60倍。

燃料后处理与再循环

乏核燃料含有大量未使用的铀-235和新生成的钚-239。核燃料后处理可以回收这些材料以供再利用，但由于核扩散问题，各国对此做法的态度不同。法国、日本和英国运营着大型后处理设施，而美国目前将乏燃料储存起来，以备未来可能进行后处理。

军事与国防用途

高浓缩铀（>90%的U-235）用于核武器和舰艇反应堆燃料。核潜艇和航空母舰使用武器级铀燃料，可以数十年无需加注燃料而运行。军事用途的特殊要求推动了独立的铀浓缩计划，并配备更严格的安全措施。

航天与研究用途

在太阳能不足的深空任务中，铀为放射性同位素热电发电机（RTG）提供动力。NASA的Voyager探测器、火星车和外行星任务依靠铀-238的放射性衰变长期发电。全球的研究反应堆使用铀燃料生产医用同位素、开展材料研究并培训核科学家。

医用与工业同位素

使用铀燃料的核反应堆会生产重要的医用放射性同位素，包括锝-99m（用于80%的核医学检查）、用于甲状腺治疗的碘-131，以及用于癌症放射治疗的钴-60。工业用途包括铀驱动的中子源、石油井测井、货物检查系统和材料测试。

特殊工业用途

贫化铀（主要为U-238）可用于辐射屏蔽、飞机配重和特种合金。其高密度（19.1 g/cm³）使其适用于需要在最小空间内实现最大质量的场合。军事用途包括穿甲弹和坦克装甲，但由于健康方面的担忧，这些用途存在争议。

新兴技术

正在开发的先进核技术包括小型模块化反应堆（SMR）、钍-铀燃料循环和聚变-裂变混合系统。这些技术旨在提高安全性、减少废物，并扩大核能在应对气候变化中的作用，同时保持铀对核能的重要地位。

核能发电

铀最主要的用途是作为核反应堆燃料发电。全球440多座核电反应堆每年消耗约65,000吨铀，产生的无碳电力相当于燃烧25亿吨煤。法国等国家利用核能发电的比例达到70%。

舰艇核动力

核动力舰艇使用高浓缩铀燃料，能够数十年无需加注燃料而运行。美国海军运营着80多艘核潜艇和11艘航空母舰，俄罗斯、中国、法国和英国也拥有由铀反应堆驱动的核动力海军舰队。

研究与医用用途

使用铀燃料的研究反应堆可生产用于癌症治疗和诊断成像的医用同位素。这些反应堆还支持材料研究、中子活化分析和核物理研究。全球的大学和国家实验室运营铀燃料研究反应堆，用于教育和科学研究。

航天电力系统

在太阳能不足时，深空任务使用铀-238放射性同位素电源。这些系统曾为前往木星、土星、冥王星及更远处的任务提供动力，在严酷的外太空环境中数十年持续提供可靠电力。

高密度应用

贫化铀可用作飞机配重、医疗设施中的辐射屏蔽材料，以及需要最大密度的特殊工业用途。尽管处理存在挑战，但其独特性质使其在特定工程应用中具有价值。

全球铀矿床

铀天然存在于地壳中，平均浓度为2.7 ppm，比银、汞或镉更丰富。最大的铀矿床位于澳大利亚（占世界储量的28%）、哈萨克斯坦（15%）、加拿大（9%）、俄罗斯（8%）和尼日尔（7%）。这五个国家控制着全球铀资源的三分之二以上。

主要铀矿物

最重要的铀矿物包括铀矿（二氧化铀，是许多矿床中的主要矿石）、沥青铀矿（铀矿的一种）、钒钾铀矿（一种铀-钒矿物）和钙铀云母（一种铀磷酸盐矿物）。这些矿物形成于各种地质环境中，从火成岩到沉积矿床均有分布。

采矿作业

铀矿开采根据矿床特征采用多种方法。露天开采用于开采浅层高品位矿床，例如加拿大北部的矿床。地下开采用于开采更深的矿床，而原地浸出（ISL）则通过在地下循环浸出溶液，从可渗透矿体中提取铀，占全球铀产量的50%以上。

非传统来源

海水中含有3.3 ppb的铀，相当于约45亿吨铀，是当前已知陆基储量的1,000多倍。日本和其他国家正在开发使用专用吸附材料从海水中提取铀的技术，有望提供几乎无限的铀供应。

环境分布

天然铀以背景水平广泛存在于土壤、岩石和水中。煤中含有1-4 ppm的铀，燃煤在正常运行期间向环境释放的铀多于核电站。用于生产肥料的磷酸盐岩可能含有较高浓度的铀。

资源经济性

按当前市场价格计算，已知铀资源总量约为810万吨，按当前消耗速度足够使用130多年。随着价格上涨，更多资源将具备经济开采价值，包括低品位矿石和非传统来源，从而可能将供应期延长数百年。