氢化铀

氢化铀，又称三氢化铀（UH3），是一种无机化合物，是铀的氢化物。

氢化铂为剧毒、棕灰色至棕黑色自燃粉末或脆性固体。 它在 20°C 时的密度为 10.95 g cm−3，远低于铀的密度 (19.1 g cm−3)。 具有金属导电性，微溶于盐酸，遇硝酸分解。

存在两种氢化铀的晶体变体，均为立方体：一种是在低温下获得的 α 型，另一种是在地层温度高于 250 °C 时生长的 β 型。 生长后，两种形式在室温及以下温度下都是亚稳态的，但 α 形式在加热至 100 °C 时会缓慢转变为 β 形式。 α-和 β-UH3 在低于 ~180 K 的温度下都是铁磁性的。在 180 K 以上时，它们是顺磁性的。

铀金属暴露于氢会导致氢脆。 氢通过金属扩散并在晶界上形成脆性氢化物网络。 通过真空退火可以去除氢并恢复延展性。

加热到 250 至 300 °C（482 至 572 °F）的铀金属与氢气反应形成氢化铀。 进一步加热至约 500°C 将可逆地去除氢。 这种特性使铀氢化物成为制造反应性铀粉以及各种铀碳化物、氮化物和卤化物化合物的便捷原料。 可逆反应如下进行：

2 U + 3 H2 ⇌ 2 UH3

氢化铝不是间隙化合物，导致金属在氢化物形成时膨胀。 在其晶格中，每个铀原子都被 6 个其他铀原子和 12 个氢原子包围； 每个氢原子在晶格中占据一个大的四面体孔。 氢化铀中的氢密度与液态水或液态氢中的氢密度大致相同。 结构中存在通过氢原子的 U-H-U 键。

铀金属（例如在包层被腐蚀的镁诺克斯燃料中）暴露于水时会形成氢化铂； 反应进行如下：

7 U + 6 H2O → 3 UO2 + 4 UH3

生成的氢化铀是自燃的； 如果金属（例如损坏的燃料棒）之后暴露在空气中，可能会产生过多的热量，并且块状铀金属本身可能会燃烧。 受氢化物污染的铀可通过暴露于 98% 的氦气和 2% 的氧气的气态混合物中而钝化。 铀金属上凝结的水分促进氢和铀氢化物的形成； 在没有氧气的情况下可能会形成自燃表面。 这对乏燃料池中乏核燃料的水下储存提出了问题。 根据氢化物颗粒的大小和分布，在不确定的空气暴露时间后会发生自燃。 这种暴露会造成放射性废物储存库中燃料碎片自燃的风险。

金属铀暴露在蒸汽中会产生氢化铀和二氧化铀的混合物。

氢化铂遇水会放出氢气。 与强氧化剂接触可能会引起火灾和爆炸。 与卤化碳接触可能引起剧烈反应。

聚苯乙烯浸渍氢化铀粉末不自燃，可压制，但其氢碳比不利。 1944 年引入了氢化聚苯乙烯。

据说铀氘化物可用于设计某些类型的中子引发器。

氢化铂浓缩至约 5% uranium-235 被提议作为氢慢化自调节核动力模块的组合核燃料/中子减速剂。 根据上述专利申请，当足够温度和压力的氢气进入堆芯（由粒状铀金属组成）并与铀金属反应形成氢化铀时，相关反应堆设计开始发电。

氢化铂既是核燃料又是中子减速剂； 显然，与其他中子减速剂一样，它会充分减慢中子的速度，以允许发生裂变反应； 氢化物中的铀 235 原子也用作核燃料。 一旦核反应开始，它将一直持续到达到一定温度，大约 800 °C（1,500 °F），在此温度下，由于氢化铀的化学性质，它会发生化学分解并转化为氢气和金属铀。 由于氢化铀的化学分解而导致中子减速的损失将因此减慢 - 并最终停止 - 反应。 当温度恢复到可接受的水平时，氢将再次与铀金属结合，形成氢化铀，恢复慢化，核反应将再次开始。

铀氢化锆 (UZrH) 是氢化铀和氢化锆 (II) 的组合，在 TRIGA 级反应堆中用作燃料/慢化剂。