天然黑色瀝青鈾礦照片。

顯微鏡下的微米級(jí)的瀝青鈾礦切片，上下鋸齒狀的是巖石晶體。

腎狀瀝青鈾礦的掃描電鏡照片。

李子穎團(tuán)隊(duì)野外照片——左三：李子穎，左四(前)：唯一女性研究者李秀珍，右三：黃志章。

研究人員黃志章在展示切片。 本版圖片由受訪者提供

南都訊　由于在自然界中發(fā)現(xiàn)天然的金屬鈾，來(lái)自中國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)將改寫(xiě)全球的化學(xué)教科書(shū)。此前，人們一直認(rèn)為鈾元素只能以化合物的狀態(tài)存在，純凈的金屬鈾必須經(jīng)人工提取。近日，中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院以李子穎研究員為首的團(tuán)隊(duì)，向外界披露了關(guān)于金屬鈾的新發(fā)現(xiàn)。值得注意的是，首次檢測(cè)出天然金屬鈾的礦石來(lái)自粵北。李子穎團(tuán)隊(duì)的研究文章，已在最新一期的地質(zhì)學(xué)報(bào)(英文版)上發(fā)表。

全球首次發(fā)現(xiàn)金屬鈾存在

鈾元素是重要的核能原料，1789年被科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)，主要有3種同位素，被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)的是其中的鈾-235。濃度約2%- 5%的鈾-235為低濃縮鈾，可用以發(fā)電。它的特點(diǎn)是化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，極易氧化，所以在自然界中通常以化合物的狀態(tài)存在。由于鈾的不穩(wěn)定性，自然界的鈾礦石如果在暴露地表或是含氧較多的環(huán)境中，很容易氧化。這也是分析發(fā)現(xiàn)自然界中存在金屬鈾的難點(diǎn)之一。

此前，人們從沒(méi)有在自然界中發(fā)現(xiàn)過(guò)天然的金屬鈾。據(jù)科研團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家李子穎介紹，此次研究是以我國(guó)南方典型熱液鈾礦床中的瀝青鈾礦為研究對(duì)象，采用光電子能譜方法，分析了天然瀝青鈾礦中元素組成、價(jià)態(tài)及含量，并開(kāi)展了與人工金屬鈾和氧化還原鈾的對(duì)比分析工作，于自然界瀝青鈾礦中首次發(fā)現(xiàn)了零價(jià)態(tài)金屬鈾的存在。

2011年已發(fā)現(xiàn)金屬鈾的存在

團(tuán)隊(duì)成員黃志章介紹，其實(shí)早在2011年，科研人員就開(kāi)始用光電子能譜方法對(duì)瀝青鈾礦石進(jìn)行分析，并發(fā)現(xiàn)了金屬鈾的存在。但在當(dāng)時(shí)，這一發(fā)現(xiàn)沒(méi)有經(jīng)過(guò)完全的驗(yàn)證。在之后的4年多時(shí)間里，研究團(tuán)隊(duì)采集分析了各地的鈾礦石，并把探測(cè)結(jié)果與人工金屬鈾和氧化還原鈾進(jìn)行反復(fù)對(duì)比，確認(rèn)無(wú)誤后，才于近期將研究成果發(fā)表在《地質(zhì)學(xué)報(bào)》(英文版)上。

值得注意的是，最初檢測(cè)出金屬鈾的瀝青鈾礦樣品，采自我國(guó)著名的貴東330鈾礦床和諸廣302鈾礦床。兩礦床位于廣東省北部，屬于南部重要的熱液型鈾礦床。不過(guò)，黃志章也強(qiáng)調(diào)，他們?cè)诟鞯剽櫟V中都發(fā)現(xiàn)了天然金屬鈾的存在，不僅僅是在粵北?！爸徊贿^(guò)，粵北兩處礦床屬于我國(guó)開(kāi)發(fā)較早、規(guī)模較大的花崗巖礦床，早期媒體報(bào)道時(shí)將其當(dāng)做了典型?！?/p>

初衷只為驗(yàn)證

已有鈾成礦理論

事實(shí)上，研究團(tuán)隊(duì)的初衷，只是為了驗(yàn)證已有的鈾成礦理論。據(jù)李子穎介紹，團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于鈾成礦理論及深部探測(cè)研究，相關(guān)工作早在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)展開(kāi)。其中，黃志章、李秀珍兩位研究人員都已年近80歲，退休后至今還在堅(jiān)持工作。鈾成礦理論對(duì)探礦、采礦有著重要的指導(dǎo)作用。此前，國(guó)內(nèi)對(duì)于熱液成礦流體遷移的認(rèn)識(shí)，主要來(lái)源于國(guó)外。該理論認(rèn)為，含礦熱水溶液從地球深部將六價(jià)鈾化合物帶至近地表，其中的鈾元素在與氧接觸后，被還原為四價(jià)化合物。

而李子穎及其團(tuán)隊(duì)對(duì)此提出了質(zhì)疑：按理說(shuō)，越進(jìn)入地球深部，氧元素越少，為什么鈾元素會(huì)以六價(jià)化合物形態(tài)存在？他們認(rèn)為，熱液應(yīng)該以低價(jià)鈾的形式進(jìn)行遷移富集，地球深部的鈾元素應(yīng)當(dāng)以零價(jià)態(tài)存在。在這樣的理論假設(shè)基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)對(duì)鈾礦石中的鈾元素價(jià)態(tài)展開(kāi)了研究，而結(jié)果證明了之前的猜想。李子穎表示，金屬鈾的發(fā)現(xiàn)，不僅為揭示熱液型鈾成礦作用機(jī)理提供了關(guān)鍵性依據(jù)，而且對(duì)研究鈾的來(lái)源、地球熱的形成和演化均具有重大意義。

部分研究人員

曾長(zhǎng)期待在粵北礦床

值得注意的是，整個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的成員不超過(guò)10個(gè)。對(duì)此黃志章笑稱(chēng)，相關(guān)研究涉及理論機(jī)密，不能牽涉過(guò)多人員，“我們都是偷偷進(jìn)行的”。這位1961年就開(kāi)始從事鈾成礦理論研究的老人，曾長(zhǎng)期待在粵北礦床，積累了大量的取樣經(jīng)驗(yàn)。以至于研究院的后輩拿來(lái)粵北的鈾礦石樣本時(shí)，他一眼就能看出這塊樣本取自哪個(gè)區(qū)域。

這樣豐富的經(jīng)驗(yàn)，在發(fā)現(xiàn)金屬鈾的過(guò)程中也起到了很大作用?！扳櫟V石的成分、顏色、紋路都有講究?！秉S志章介紹，開(kāi)展研究的重要保障，是選擇合適的鈾礦石樣本。為此，研究團(tuán)隊(duì)常常要下到礦井里。由于鈾礦石多少具有放射性，取出樣本之后，還要將其仔細(xì)包好才能帶回北京研究，以防轉(zhuǎn)運(yùn)中出現(xiàn)泄漏污染。而在黃志章看來(lái)，發(fā)現(xiàn)金屬鈾，只是為現(xiàn)有的鈾成礦理論提供了一個(gè)新的支點(diǎn)，在理論研究方面，中國(guó)的地質(zhì)學(xué)界還需要進(jìn)一步的創(chuàng)新?！暗刭|(zhì)上有很多理論都是值得懷疑的?！彼硎?，地球就像一個(gè)大燒杯，金屬鈾的發(fā)現(xiàn)只是其中一個(gè)很小的化學(xué)反應(yīng) ，在 燒杯內(nèi)，還有許多事情需要去探索和驗(yàn)證。

釋疑

1.含金屬鈾的礦石只在粵北有嗎？

從空間上看，我國(guó)的鈾礦床分布在南、北兩個(gè)大區(qū)，北方以伊犁地區(qū)和鄂爾多斯地區(qū)的砂巖型礦床為代表；南方則以廣東、江西的花崗巖型礦床為典型。據(jù)了解，粵北有下莊、諸廣兩個(gè)鈾礦大基地，目前有翁源鈾礦、郴州鈾礦等多個(gè)廠礦。

雖然首次被檢測(cè)出金屬鈾的礦石來(lái)自粵北，但李子穎特別指出，各地采集的鈾礦石中都有金屬鈾被發(fā)現(xiàn)?？紤]到研究的信度問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)的取樣、檢測(cè)、對(duì)比分析，研究團(tuán)隊(duì)才確認(rèn)鈾礦石中確實(shí)有金屬鈾存在。

2 .鈾礦會(huì)不會(huì)被人盜挖？

如第一個(gè)問(wèn)題所說(shuō)，從鈾礦石到核燃料需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工藝流程，鈾礦石的開(kāi)采也是如此。據(jù)了解，鈾礦可能在山上、地表，也可能在地下。目前中國(guó)最深的鈾礦鉆探已達(dá)到2800多米，而礦井深度也可深達(dá)500米。受地?zé)嵊绊?，礦井內(nèi)溫度會(huì)隨著深度而升高，外國(guó)甚至有這樣的案例，下井時(shí)須攜帶冰塊降溫。

即使是地表的鈾礦石，沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的技術(shù)和工具，也難以進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)采。此外，鈾礦石也有不同的成色，需要開(kāi)采者具備足夠的經(jīng)驗(yàn)去判斷。最關(guān)鍵的是，鈾礦床屬于國(guó)家財(cái)產(chǎn)，受到嚴(yán)格管控，非工作人員禁止出入。想要盜挖，沒(méi)那么容易。

3 .以后可否大規(guī)模工用？

需要注意的是，發(fā)現(xiàn)金屬鈾并不意味著能直接對(duì)其大規(guī)模工用。將鈾轉(zhuǎn)化為核燃料，仍然需要對(duì)鈾礦石中的鈾-235同位素進(jìn)行提取和濃縮。也就是說(shuō)，天然金屬鈾并不能取代現(xiàn)有的人工合成鈾。相比之下，研究成果對(duì)鈾礦理論的影響更為顯著。據(jù)了解，金屬鈾的發(fā)現(xiàn)，不僅為揭示熱液型鈾成礦作用機(jī)理提供了關(guān)鍵性依據(jù)，而且具有重要實(shí)際價(jià)值，對(duì)研究鈾的來(lái)源、地球熱的形成和演化以及尋找深部富大鈾礦等均具有重大意義。

李子穎及其團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于鈾成礦理論及深部探測(cè)研究。他表示，此次突破說(shuō)明深部找礦具有較大的前景。近年來(lái)我國(guó)熱液鈾的找礦重點(diǎn)已經(jīng)由表層轉(zhuǎn)移到第二空間，即500-1500米，“將來(lái)可能發(fā)展到1500米-3000米的第三空間”。不過(guò)他也指出，深部空間的鈾資源開(kāi)發(fā)還需要考慮經(jīng)濟(jì)成本因素。

出品：南方都市報(bào)科學(xué)新聞工作室 主持：陳養(yǎng)凱

采寫(xiě)：南都記者 程姝雯

實(shí)習(xí)生 馮群星 劉旭 發(fā)自北京