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ウラン-238(238U)

半減期 44.8億年

崩壊方式
アルファ崩壊して、トリウム-234(234Th、24.1日)となる。その崩壊によてプロトアクチニウム-234m(234mPa、1.17分)を経てウラン-234(234U、24.5万年)が生じる。
ウラン-234は天然ウランに0.0055%含まれ、ふつうは放射平衡の達成によって天然物中のウラン-238とウラン-234の放射能強度は等しい。ウラン-234は崩壊して、トリウム-230(230Th、8.0万年)となる。トリウム-230の崩壊でラジウム-226(226Ra、1,600年)などが生じ、崩壊が続いて最後は鉛-206(206Pb)となる。
鉱石から分離したウランにはトリウム-230、ラジウム-226とその崩壊生成物が含まれず、鉱石中のウランに比べて精製したウランの放射能強度は低い。

存在と生成
代表的な天然放射能で、天然ウランの99.2745%を占める。太陽系がつくられた時から存在し、地球上では地殻に多く含まれ、マントルには少ない。玄武岩、花こう岩および石灰岩1kgに含まれるウランの重量はそれぞれ0.43、4.7および4.4mgである(玄武岩1㎏中の放射能強度は5.2ベクレルに相当する)。
土壌1kg中のウランの重量は0.7~9㎎の範囲にある。外洋海水中の濃度は3.3㎎/m3である。

ウラン資源
原子力発電を進めるには、ウランが必要である。ウラン含有量が60%を超えるピッチブレンドのような鉱物は埋蔵量が少なく、資源とはいえない。資源としては,ウラン含有量が0.2~1%の礫岩・砂岩などの堆積岩鉱床、マグマ起源の熱水鉱床などが重要である。
主な産地として、カナダ、南ア共和国、オーストラリア、アメリカなどがあるが、最近はカザフスタンが注目されている。
世界の可採確定埋蔵量は480万tといわれているが、その値は常に確定的なものではない。採掘可能年代が100年程度としているが、信頼できるとは思えない。

海水中ウランの回収
海水の体積は13.7億㎞3、ウラン濃度が3.3t/km3であり、ウランの総量は45億tになる。この大きさに注目して海水中のウランの利用が話題になった時もあった。
海水中のウランは利用できるであろうか。重要なことは濃度が高くないことである。電気出力100万kWの原発を1年間運転するには200tのウランが必要である。この量を得るには60㎞3の海水を処理せねばならない。この水量は琵琶湖(水量27㎞3)の約2倍、東京湾(水量17㎞3)の約3倍となる。この大量の海水が簡単に処理できるとは思えない。この発想はあまりにも現実離れした考えである。

化学的、生物学的性質
金属は銀白色で、切断する際に発火しやすい。表面は空気中で酸化されやすく、水とも反応する。塩酸にはすみやかに溶けるが、時には黒色の不溶物が残る。硝酸に溶解すると、硝酸ウラニル(UO2(NO3)2)の溶液となる。
原子価が4価と6価の化合物が重要である。
4価のウラン化合物の二酸化ウラン(UO2)は高温にも耐え、核燃料に用いられる。金属ウランおよび他の化合物を空気中で加熱すると八酸化三ウラン(U3O8)が生じる。
特徴のある6価のウラン化合物に六フッ化ウラン(UF6)がある。固体(融点64゚C)ではあるが、気体になる唯一のウラン化合物であり、ウランの同位体分離に利用される。
酸性水溶液中では4価ウランイオン(U4+、緑色)が安定に存在できるが、6価のウランは中性あるいは酸性溶液中で酸素が結合したウラニルイオン(UO22+、黄色)として存在する。4価ウランイオンは、空気中の酸素の作用によって酸化されてウラニルイオンになりやすい。塩基性では4価、6価の化合物ともに加水分解して沈殿するが、ウラニルイオンは炭酸イオン(CO32-)が十分にあるとウラニル炭酸イオン(UO2(CO3)34-)となって溶ける。
体内に取り込まれた時の挙動はどのような化合物かによって異なる。その結果として、健康に対する影響の評価は簡単ではない。体内に入った大部分はすみやかに排出されるが、一部は体内に残る。
成人の体内の元素の量は、骨の中にある0.060㎎を含めて0.090㎎で、1日の摂取量は0.01mgである。

生体に対する影響
アルファ線による内部被曝が問題となる。同じ放射能強度のウラン-238を摂取しても、化合物の種類と吸入か経口かの区別によって予想される被曝線量は大きく異なる。
不溶性の二酸化ウランの10,000ベクレル(ウラン量、0.8g)を吸入した時の実効線量は57ミリシーベルト、経口摂取した時の線量は0.076ミリシーベルトになる。発射された劣化ウラン弾が鋼板を通過した時に生じる酸化物を摂取しても二酸化ウランの場合と同じ線量になると考えられる。可溶性の硝酸ウラニルの10,000ベクレルを吸入した時の実効線量は5.8ミリシーベルト、経口摂取した時は0.44ミリシーベルトになる。
精製したウランから放出されるガンマ線の強度は低いが、ウラン鉱物からの線量は低くない。1kgのピッチブレンド(ウラン量、0.7kg)が1mの距離にあると、1年に18ミリシーベルトの外部被曝を受ける。天然物であっても、ふつうの場所には置けない。
ウランについては、1g以上を摂取した時の健康影響が問題なので、放射線被曝の影響とともに化学的毒性も考慮すべきであるが、現在のところ決定的なことはいい難い。

放射能の測定
化学的に分離した試料のアルファ線測定によって同位体の量が決定できるし、ICP質量分析によっても目的が達成できる。各々の方法に特徴があり、相補う形になっている。
岩石などの天然物試料では、ラジウム-226の崩壊生成物から放出されるガンマ線のゲルマニウム半導体検出器による測定も役立つ。体内にある量を知るには、排泄物中の放射能を測るバイオアッセイを用いる。

 

放射線エネルギー(100万電子ボルト) アルファ線,4.21 (77%), 4.15 (23%) 
比放射能(ベクレル/g) 1.24×104
排気中又は空気中濃度限度(六フッ化ウラン、フッ化ウラニル、硝酸ウラニル等の六価の化合物、ベクレル/cm3) 3×10-7
排液中又は排水中濃度限度(二酸化ウラン、 八酸化三ウラン、四フッ化ウラン等の四価の化合物、ベクレル/cm3) 2×10-2
吸入摂取した場合の実効線量係数(六フッ化ウラン、フッ化ウラニル、硝酸ウラニル等の六価の化合物、ミリシーベルト/ベクレル) 5.8×10-4
吸入摂取した場合の実効線量係数(二酸化ウラン、 八酸化三ウラン等の不溶性の化合物、ミリシーベルト/ベクレル) 5.7×10-3
経口摂取した場合の実効線量係数(二酸化ウラン、八酸化三ウラン、四フッ化ウラン等の四価の化合物、ミリシーベルト/ベクレル) 7.6×10-6
経口摂取した場合の実効線量係数(四価のウラン化合物以外の化合物、ミリシーベルト/ベクレル) 4.4×10-5