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表4-3

天然に存在するウラン同位体の存在比と放射性特性(Percent occurrence and radioactive properties of Uranium)。

冶金学的に、ウラン金属は斜方晶、正方晶、体心立方の3つの同素体で存在し（Lide 2008）、用途に応じて他の金属と合金化して構造および物理特性を変更することができます。 ウラン金属粉末は、アルミニウム金属粉末と同様に、空気、酸素、水の存在下、常温で自然発火する性質がある。 同様に、バルク金属の表面は、最初に大気にさらされると急速に酸化され、UO2の薄い表面層を生成し、これが酸素の侵入に抵抗して内部の金属を酸化から保護する。 200-400℃の温度では、ウラン粉末はCO2やN2の雰囲気中で自己発火する可能性がある。 自己発火を防ぐために、ウラン加工チップは開放容器に入れ、機械油や水の下で保管すると、水素ガスの発生を防ぐことができる。 燃焼したウランは、消火するまで水中に置かれることがあるが、水の加水分解により燃焼を継続するための酸素と水素が供給され、消火が遅れることがある。 水噴霧、CO2、およびハロンは効果がなく、ハロン放電は爆発性で有毒ガスを発生させることがある（DOE 2001）。

ウランは5つの酸化状態で存在することができる。

ウランは+2、+3、+4、+5、+6の5つの酸化状態で存在できる（Lide 2008）；しかし、+4と+6状態だけが実用上重要であるほど安定である。 4価のウランは適度に安定で、溶解度の低い水酸化物、水和フッ化物、リン酸塩を形成する。 6価ウランは最も安定な状態であり、最も一般的に存在するのはU3O8であるが、米国には人造の6フッ化ウラン（UF6）の貯蔵場所が局所的に存在する（DOE 2011a）。 ウランの主な化合物には、酸化物、フッ化物、炭化物、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、その他がある。

ウランという元素は1789年にクラプロスによって発見され、新たに発見された天王星にちなんで「ウラン」と名付けられたが、ベクレルがウランが放射性であることを発見したのは1896年であった。 ウランには22の同位体が知られているが、そのうち天然に存在するのは3つだけである（NNDC 2011）。 この3つの同位体、234U、235U、238Uは、地球の乱れのない地殻内における相対質量存在率がそれぞれ0.005、0.72、99.275%である。 この相対同位体存在比を持つ天然ウラン1gの放射能は0.69μCiである。 この0.69 µCiのうち、49.0%が234Uに、2.27%が235Uに、48.7%が238Uに起因する（有害物質・疾病登録庁 2011）。 この比率は、乱されていない地殻の岩石のみに対するものである。 234Uの相対質量存在比は0.005%に過ぎないが、全放射能の約2分の1を占めている。 上記の相対同位体比は、完全に理解されていない自然プロセスによってある程度変化する可能性があるが、EPAの報告書（EPA 1994a、2007）に示されているように、空気、水、および土壌で異なる比率を引き起こすことができる。

235U は、核分裂性（分裂することができる）であるために特に関心のある同位体で、結果として、適切なエネルギーの中性子の存在下で核反応を持続することが可能である。 自然界に存在するウランの主な同位体である238Uは容易に核分裂しませんが、ごく一部は典型的なアルファ崩壊ではなく自然核分裂を起こします。この中性子は、適切な濃度、質量、中性子熱処理条件のもとで連鎖反応を起こすのに十分な量です。 したがって、ウランを原子炉の燃料として使用するには、235Uと238Uの比率を0.72から2-4%に高める濃縮と呼ばれる工程が必要である。 米国で最も多く使われているのは気体拡散法という方法だが、その他にも熱法、遠心分離法、レーザー法などの濃縮方法があり、海外でも濃縮ウランの生産が盛んに行われている。 ウラン鉱石を酸化ウラン（U3O8）に加工し、フッ素化してUF6とした後、3つの同位体を含むUF6ガスの流れを、234Uと235Uが238Uよりも速く通過する長い拡散段を通過させる方法である。 このように、前流は235U濃度が高く、濃縮六フッ化ウランと呼ばれ、後流は235U濃度が低く、劣化六フッ化ウランと呼ばれる。 濃縮度は、最終製品に含まれる235Uの質量割合を示す指標であり、用途に応じて濃縮の度合いを決定する。 濃縮UF6は通常、発電炉燃料用のウラン金属または酸化物、あるいは兵器用途の金属に転換される。 劣化したUF6は、様々な民間および軍事用途のためにウラン金属に変換されるか、将来の使用のために貯蔵されます。 低濃縮ウラン（濃縮度2～4％）は民間の原子力発電炉で使用され（DOE 2000）、高濃縮ウラン（>90％濃縮）は特殊研究炉（そのほとんどが運転から外された）、原子力潜水艦の炉心、および核兵器で使用されています。

ウランは、エネルギーを放出し、最終的に安定したまたは非放射性の元素になる崩壊過程を通じて、絶えず変化を遂げています。 ウラン同位体の場合、これは最終的に安定した元素が形成されるまで、子孫と呼ばれる崩壊生成物の連鎖の連続生産を伴う複雑なプロセスである。 ウラン同位体の崩壊生成物は、表4-4に示すように放射性物質でもある。 238Uはウラン系列の親同位体（234Uは238Uの崩壊生成物）であり、235Uはアクチニウム崩壊系列の親同位体である。 すべての天然ウラン同位体とその子孫の一部はアルファ粒子の放出により崩壊し、両系列の他のメンバーはベータ粒子とガンマ線の放出により崩壊する(NNDC 2011)。 ウランとアクチニウムの崩壊系列には、それぞれ3つの共通点がある。 それぞれの系列は長寿命の親核235Uまたは238Uで始まり、それぞれの系列は希ガスラドンの同位体を含み、それぞれの系列は鉛の安定同位体である207Pbまたは206Pbで終了する。 放射性核種の崩壊率、つまり半減期は、核種ごとに異なります。 238Uの半減期は4.5×109年と非常に長く、235Uと234Uの半減期はそれぞれ7.0×108年と2.5×105年と桁違いの短さである。 ある質量のウランの放射能は、存在する各同位体の質量と半減期に依存するので、より速く崩壊する234Uと235Uの相対量が多ければ多いほど、放射能は高くなるのである。 したがって、劣化ウランは天然ウランより放射能が低く、濃縮ウランはより放射能が高い。

ウランは化学物質であると同時に放射性物質であるという点で、元素の中では珍しい存在である。 ウランに関連する危険は、ウランの化学的および物理的形態、摂取経路、および濃縮度によって異なります。 ウランの化学的形態は、その溶解度、したがって体液中の移動性、および体内や様々な器官への滞留性を決定する。 ウランの化学的毒性は、可溶性ウラン化合物が腎臓組織に重金属障害を引き起こすため、健康上の主要な懸念事項である。 ウランの放射線障害は、濃縮された（DOE 2001）不溶性ウラン化合物が吸入され、肺および関連リンパに長期的に保持される場合に、主要な懸念となる可能性がある

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