二氧化铀

二氧化铀或氧化铀 (UO_{2)，也称为铀或氧化铀，是铀的氧化物，是一种黑色、具有放射性的结晶粉末， 天然存在于矿物铀矿中。 它用于核反应堆中的核燃料棒。 铀和钚二氧化物的混合物用作 MOX 燃料。 1960年以前，它被用作陶瓷釉料和玻璃的黄色和黑色。}

二氧化铀是用氢还原三氧化铀制得的。

UO3 + H2 → UO2 + H2O 在 700°C (973K)

该反应在通过核后处理和铀浓缩生产核燃料方面发挥着重要作用。

该固体与萤石（氟化钙）同构（具有相同的结构），其中每个 U 都被立方排列的八个 O 最近邻包围。 此外，铈、钍和从镎到锎的超铀元素的二氧化物具有相同的结构。 没有其他元素二氧化物具有萤石结构。 熔化后，测得的平均 U-O 配位从结晶固体（UO8 立方体）中的 8 降低到熔体中的 6.7±0.5（在 3270 K 时）。 与这些测量一致的模型显示熔体主要由 UO6 和 UO7 多面体单元组成，其中多面体之间大约 2⁄3 的连接是角共享，1⁄3 是边共享。

• 二氧化钛
• 烧结二氧化铀芯块

二氧化钛与氧气接触被氧化成八氧化三铀。

3 UO2 + O2 → U3O8 在 700°C (970K)

由于二氧化铀的电化腐蚀控制着用过的核燃料的溶解速率，因此二氧化铀的电化学得到了详细研究。 有关详细信息，请参阅乏核燃料。 水会增加钚和铀金属的氧化速度。

二氧化钛与碳接触后碳化，形成碳化铀和一氧化碳。

UO 2 + 4 C ⟶ UC 2 + 2 CO {\displaystyle {\ce {UO2 \ + \ 4C -> UC2 \ + \ 2CO}}} 。

这个过程必须在惰性气体下进行，因为碳化铀很容易被氧化回氧化铀。

UO2 主要用作核燃料，特别是 UO2 或 UO2 和 PuO2（二氧化钚）的混合物，称为混合氧化物（MOX 燃料），在核反应堆中以燃料棒的形式存在。

请注意，与铀、氮化铀、碳化铀和锆包壳材料相比，二氧化铀的热导率非常低。 这种低导热性会导致燃料芯块中心的局部过热。 下图显示了不同燃料化合物的不同温度梯度。 对于这些燃料，热功率密度相同，所有颗粒的直径也相同。

• 氧化铀燃料芯块
• 俄罗斯一家工厂用于生产二氧化铀燃料芯块的原材料容器
• 金属锆和二氧化铀的热导率随温度的变化

在第二次世界大战之前，氧化铀（urania）被用来给玻璃和陶瓷上色，直到发现放射性的应用，这是它的主要用途。 1958 年，美国和欧洲的军方再次允许其作为贫铀进行商业用途，并且再次开始以更有限的规模使用。 以氧化铀为基础的陶瓷釉在还原烧制或使用二氧化铀时呈深绿色或黑色； 更常见的是，它用于氧化以产生明亮的黄色、橙色和红色釉料。 橙色的 Fiestaware 是带有铀色釉面的著名产品示例。 铀玻璃呈淡绿色至黄色，通常具有强烈的荧光特性。 铀也被用于搪瓷和瓷器的配方中。 可以使用盖革计数器确定 1958 年之前生产的釉料或玻璃是否含有氧化铀。

在意识到辐射的危害之前，铀被用于假牙和假牙中，因为其轻微的荧光使假牙在各种光照条件下看起来更像真牙。

贫化二氧化铀 (DUO2) 可用作辐射屏蔽材料。 例如，DUCRETE 是一种重混凝土材料，其中砾石被二氧化铀骨料代替； 该材料被研究用于放射性废物桶。 桶也可以用DUO2-钢金属陶瓷制成，这是一种复合材料，由作为辐射屏蔽的二氧化铀、作为中子辐射吸收剂和减速剂的石墨和/或碳化硅以及作为基体的钢组成，具有高导热性 可以轻松去除衰变热。