【元素図鑑】ウラン U【自然界で最も重い元素】

ウランは、アクチノイド元素で、原子番号92の元素です。

元素図鑑

ウランの基本情報

和名	ウラン
英名	Uranium
語源	天王星 (Uranus)
元素記号	U
原子量	238.0
常温（25℃）での状態	固体（金属）
色	銀白色
臭い	ー
密度	18.950 g/cm3（20℃）
融点	1132.3℃
沸点	4172℃
発見者	クラップロート（ドイツ）[1789年]
含有鉱物	閃ウラン鉱, リン灰ウラン鉱

項目	トリウム (Th)	ウラン (U)
原子番号	90	92
主な天然同位体	Th-232（ほぼ100%）	U-238（約99.3%）、U-235（約0.7%）
天然存在量	ウランの約3～4倍	トリウムより少ない
放射能	弱い（Th-232の半減期：約140億年）	強い（U-238：約45億年、U-235：約7億年）
核分裂性	自発的には分裂しない（核変換が必要）	U-235は直接核分裂性
燃料としての利用	Th-232 → U-233に変換して使用（増殖型）	U-235はそのまま核燃料に利用可能
核兵器への利用性	困難（U-233は濃縮が難しく高放射線）	U-235は濃縮で核兵器利用可能
廃棄物の放射性寿命	比較的短命な核分裂生成物が多い	長寿命アクチニドが多く含まれる
現在の商用利用	研究段階（主にインド、中国など）	広く使用（軽水炉、加圧水型炉など）
安全性	増殖炉や溶融塩炉での高い安全性が期待される	実績はあるが、高圧・冷却材管理が必要

 ウランの主な特徴

• アクチニウム系列に属する金属元素で、自然界で最も重い原子
• 銀白色の金属で放射性を持ち、自然界では主にU-238（99.3%）とU-235（0.7%）の同位体として存在する
• 化学的には+6価、+5価、+4価があり、特に+6価のウラニルイオン（UO₂²⁺）がよく知られている
• 比重は18.95と非常に高く、熱中性子を吸収する性質から原子力エネルギー源として極めて重要

ウランの歴史

発見

ウランは1789年、ドイツの化学者マルティン・クラプロートによって、鉱石「ピッチブレンド（瀝青ウラン鉱）」から発見されました。

当時は酸化物（UO₂）として分離されただけで、単体金属としてのウランは1841年にフランスの化学者ペリゴによって得られました。

名前の由来

元素名「ウラン（Uranium）」は、1781年に発見された天王星（Uranus）にちなんで命名されました。

当時の天文学的発見と化学の発見が重なった象徴的な命名です。

ウランの主な用途

ウランの最大の用途は原子力発電や核兵器の燃料です。

• 原子力発電： ウラン-235が核分裂を起こすことで大量のエネルギーを発生
• 核兵器： 高濃縮ウラン（HEU）は核爆弾に使用される
• 劣化ウラン： 原子力燃料に使われた後のU-238は弾芯・遮蔽材などに使用
• ガラス・陶器： ウラン化合物は古くは黄色や緑色の着色剤に用いられた（現在は規制）
• 研究用途： 中性子源や放射性標識物質としての利用

 ウランの生成方法

ウランは自然界でウラン鉱石として存在し、以下のようにして抽出・精製されます：

• 鉱石採掘： 主にピッチブレンド（UO₂）、カルノー石、ウラン雲母など
• 酸・アルカリ処理： 溶解後、溶媒抽出やイオン交換で精製
• 濃縮： 遠心分離法によりU-235の割合を高める
• 燃料加工： UO₂などに加工し、燃料ペレットとして原子炉に投入

ウランを含む化合物

ウランは多価元素で、さまざまな酸化状態を取り、以下のような代表的化合物を形成します。

• 酸化ウラン(IV)（UO₂）：黒色粉末、軽水炉などの燃料
• 酸化ウラン(VI)（UO₃）：黄褐色粉末、可溶性が高い
• ウラニルイオン（UO₂²⁺）：水溶液中で安定、ウランの移動に関与
• 六フッ化ウラン（UF₆）：気体遠心分離による濃縮に用いられる
• 硝酸ウラニル（UO₂(NO₃)₂）：再処理工程で生成される中間体

ウランに関わる研究事例

ウランに関する研究はエネルギー、安全保障、環境保全の分野で進められています。

• 高速増殖炉の燃料： U-Puサイクルによる燃料再利用
• 濃縮・再処理技術の最適化： 遠心分離、レーザー分離など
• ウラン汚染水の浄化： ゼオライト・活性炭・錯体吸着剤の開発
• 核兵器不拡散研究： 使用済み燃料のトレーサビリティ確保
• 自然界における移動性評価： 土壌中のウランの溶出挙動や拡散モデル

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