劣化六フッ化ウラン

劣化六フッ化ウラン（DUHF 、劣化ウラン尾鉱、劣化ウラン尾鉱、DUF ₆とも呼ばれる）は、六フッ化ウランを濃縮ウランに加工する際に生じる副産物である。^{[1] [2]これは、}劣化ウラン（最大73～75%）の化学形態の1つであり、劣化三ウラン八酸化物（最大25%）や劣化ウラン金属（最大2%）も含まれる。^{[3] [4] [5] [6] DUHFの}放射能は、六フッ化ウランや天然ウランの1.7倍低い。^[4]

劣化ウランと濃縮ウランの概念は、 1789年にマルティン・クラプロートがウランを発見してから約150年後に登場した。1938年、2人のドイツ人物理学者オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンが²³⁵ U同位体の原子核の核分裂を発見し、これはリーゼ・マイトナー、オットー・ロベルト・フリッシュ、それに並行してゴットフリート・フォン・ドロステ、ジークフリート・フリュッゲによって理論的に実証された。^{[7] [8] [9]}この発見は、ウランの核エネルギーの平和利用と軍事利用の始まりを示した。^[10] 1年後、ユーリイ・ハリトンとヤコフ・ゼルドヴィッチは、天然ウランの²³⁵ Uを濃縮すると連鎖反応が持続することを理論的に初めて証明した。 ^[11]この核連鎖反応では、平均して少なくとも1個の中性子（ ^{235 U}原子の核分裂によって放出された中性子）が別の²³⁵ U原子に捕獲され、その原子も核分裂を起こす必要があります。中性子が核分裂性原子核に捕獲される確率は、反応を持続させるのに十分高くなければなりません。この確率を高めるには、 ²³⁵ Uの割合を増やす必要がありますが、天然ウランでは235 Uはわずか0.72%で、99.27%が²³⁸ U、0.0055%が²³⁴ Uです。

1960年代半ばまでに、米国は西側諸国の原子力発電所向けのウラン燃料の供給を独占していた。^[12] 1968年、ソ連はウラン濃縮の注文を受け入れる用意があると宣言した。^[13]その結果、世界には競争市場が形成され、商業的な濃縮会社が現れ始めた（例：URENCOやEurodif）。 1971年、ソ連初の契約がフランスの代替エネルギー・原子力委員会と締結され、原子力発電所の建設が活発に行われた。 1973年には、イタリア、ドイツ、イギリス、スペイン、スウェーデン、フィンランド、ベルギー、スイスの電力会社と約10件の長期契約が締結された。^{[14] 2017年までに、}フランス、ドイツ、オランダ、イギリス、米国、ロシア、中国で大規模な商業用濃縮工場が稼働している。^[15]濃縮市場の発展により、この期間中に世界中で200万トン以上のDUHFが蓄積されました。^[16]

劣化ウランはいくつかの化学的形態で存在する。最も一般的な形態はDUHFで、密度は5.09 g/cm ^{3である。また、劣化}ウラン三酸化物（U ₃ O ₈ ）の形態では密度は8.38 g/cm ³であり、劣化ウラン金属の形態では密度は19.01 g/cm ³である。^[17]

さまざまなウラン同位体は化学的性質が同じであるため、放射能の程度を除いて、劣化、濃縮、および非濃縮 UF _{6の化学的および物理的性質は同一です。他の形態の UF 6}と同様に、標準条件下では、DUHF は密度5.09 g/cm3 の白い結晶を形成します。1.5 atm未満の圧力では、固体の DUHF は加熱されると昇華して気体になり、液体にはなりません。1 atm では、昇華点は 56.5 °C です。DUHFの臨界温度は 230.2 °C で、臨界圧力は 4.61 MPaです。

DUHF の放射能は、化合物中のフッ素が安定しているため、ウランの同位体組成によって決まります。天然の UF ₆ ( ^{235 U が 0.72% 含まれる) の放射性崩壊率は 1.7×10 4} Bq /gで、そのうち 97.6% は²³⁸ U と²³⁴ U によるものです。

ウランが濃縮されると、軽い同位体である²³⁴ U と²³⁵ U の含有量が増加します。²³⁴ U は質量分率がはるかに低いにもかかわらず、放射能に大きく寄与しますが、原子力産業での使用を目標とする同位体は^{235 U です。したがって、ウランの濃縮度または減少度は235 U の含有量によって決まります。 234} Uの含有量が減り、 ²³⁵ U の含有量もわずかに減ると、放射能は濃縮されていない UF ₆以下に減少します。

原子力発電には、濃縮度が 2～5% の低濃縮ウラン（天然組成の 0.72% を使用する場合など、カナダの CANDU 原子炉など一部例外あり）が使用され、これとは対照的に、²³⁵ U含有量^が20% 以上、通常は 90% を超える兵器級の高濃縮ウランが使用されます。濃縮ウランの製造には、主にガス遠心分離法や、過去には気体拡散法など、さまざまな同位体分離法が使用されています。そのほとんどは、ガス状の UF ₆を扱います。これは、元素状四フッ化ウラン（UF ₄ + F ₂ → UF ₆）またはウラン酸化物（UO ₂ F ₂ + 2 F ₂ → UF ₆ + O ₂）のフッ素化によって生成され、どちらも非常に発熱的です。

UF _{6 は}比較的低温で気体となる唯一のウラン化合物であるため、²³⁵ U と²³⁸ U を分離するのに適した物質として、核燃料サイクルにおいて重要な役割を果たしている^{。[19]濃縮 UF} ₆を得た後、残り（全質量の約 95%）は、主に²³⁸ Uからなる劣化 UF _{6に変換される。これは、} ²³⁵ U 含有量がおそらく 3 分の 1 に、²³⁴ U 含有量が 6 分の 1 に減少するためである（劣化の程度による）。2020 年には、世界中で約 200 万トンの劣化ウランが蓄積された。そのほとんどは、特殊な鋼製タンクに DUHF の形で保管されている。^[20]

各国の劣化ウランの取り扱い方法は、その国の核燃料サイクル戦略によって異なります。国際原子力機関（IAEA）は、政策決定は政府の権限であることを認めています（使用済燃料管理の安全と放射性廃棄物管理の安全に関する合同条約第 VII 条）。^[21]各国の核燃料サイクルの技術的能力と概念、および分離施設へのアクセスを考慮すると、DUHF は一方では貴重な原材料、他方では低レベル 放射性廃棄物と見なすことができます。したがって、DUHF に関する統一された法的および規制上の地位は世界に存在しません。IAEA の専門家レポートISBN  92-64-195254 、2001 年およびOECD、NEA 、IAEA の劣化ウラン管理の共同レポート、2001 年では、DUHF を貴重な原材料として認めています。^{[22] [23]}

DUHFの化学変換の結果、無水 フッ化水素および/またはその水溶液（すなわちフッ化水素酸）が得られ、これはアルミニウム産業、冷媒、除草剤、医薬品、高オクタン価ガソリン、プラスチックなどの生産などの非原子力市場で一定の需要がある。 ^{[25]また、U} ₃ O _8を四フッ化ウラン（UF ₄ ）に変換し、さらにフッ素化してUF ₆を製造するフッ化水素の再利用にも応用されて_いる。^[26]

DUHF再処理の世界的実践には複数の方向性がある。それらのいくつかは半工業的な環境でテストされているが、他のものはウラン尾鉱の埋蔵量を減らし、化学産業にフッ化水素酸と工業用有機フッ素化合物製品を供給するために工業規模で運用されている。^{[27] [28]}

各国は、核燃料サイクル戦略、技術力、持続可能な開発目標（SDG）や国連グローバル・コンパクトなどの国際条約やプログラムに応じて、蓄積された劣化ウランの利用問題に個別に取り組んでいる。 ^{[21] [29] [30]}米国は、DUHF在庫を最終処分する前に安全に保管および再処理するための長期プログラムを多数採用している。^{[31] [32] [33]}

国連の持続可能な開発目標（SDG）では、原子力は、手頃な価格で信頼性が高く、持続可能で近代的なエネルギーへのアクセスを提供するだけでなく（目標7 ）、貧困、飢餓、水不足の撲滅、経済成長、産業革新の支援など、他の目標にも貢献する上で重要な役割を果たしています。^{[34] [35]}米国、フランス、ロシア、中国などのいくつかの国は、主要な原子力発電事業者を通じて、持続可能な開発目標（SDGs）の達成に取り組んでいます。^{[36]これらの目標を達成するために、}使用済み燃料の再処理と蓄積されたDUHFの再処理の両方にさまざまな技術が適用されています。^{[37] [38] [39] [40] [41]}

放射性物質の輸送に関する国際政策は1961年以来IAEAによって規制されている。^{[42] [43]これらの規制は}国際民間航空機関、国際海事機関、地域輸送機関の政策に反映されている。 ^[44]

劣化UF6_は、標準的な条件下では固体の状態で、壁の厚さが約1cm（0.39インチ）の密閉された金属容器で輸送および保管され、極端な機械的衝撃や腐食衝撃に耐えられるように設計されています。^[45]たとえば、輸送および保管用の最も一般的な「48Y」容器には、最大12.5トンのDUHFが固体で入っています。^{[46] [47] DUHFは、工場条件下で加熱された状態で、液体の状態で、特殊な}オートクレーブを使用してこれらの容器に積み込みおよび積み下ろしされます。^[48]

DUHFは放射能が低いため、主な健康被害は身体機能に対する化学的影響に関連している。化学物質への曝露は、DUHFの処理に関連する施設における大きな危険である。ウランおよびフッ化水素（HF）などのフッ化物化合物は、低レベルの化学物質曝露でも有毒である。DUHFが空気中の水分と接触すると、反応してHFとガス状のフッ化ウラニルを形成する。HFは腐食性の酸であり、吸入すると非常に危険であり、そのような産業における主要な作業上の危険の1つである。^[20]

多くの国では、可溶性ウラン化合物の現在の職業被ばく限度は、腎臓組織1グラムあたりウラン最大濃度3μgとされている。このレベルの被ばくによる腎臓への影響は軽微で一時的であると考えられる。これらの限度に基づく現在の慣行は、ウラン産業の労働者に十分な保護を提供している。これらの腎臓濃度を超えないようにするため、法律では職場の空気中の可溶性ウランの長期（8時間）濃度を1立方メートルあたり0.2mg、短期（15分）濃度を1立方メートルあたり0.6mgに制限している^[4]

1984 年 8 月、貨物船 MSモントルイ号がイギリス海峡で沈没しました。この船には、わずかに劣化した (0.67% ²³⁸ U) 六フッ化ウランの容器 18 個と、濃縮ウランおよび天然ウラン_{6が積載されていました。ウラン6}の容器 30 個 (タイプ 48Y)と、空の容器 22 個のうち 16 個 (タイプ 30B) が回収されました。30 個の容器を検査した結果、1 つのケースで遮断弁に小さな漏れがあることが判明しました。217 個のサンプルが採取され、752 種類の分析と容器の線量レベルの 146 回の測定が行われました。放射性物質 (天然またはリサイクル ウラン) や危険な化学物質 (フッ素またはフッ化水素酸) の漏れの証拠はありませんでした。^{[49] [50]}ワシントンポスト紙によると、この事故はウランの積荷が自然の状態であり、同位体235Uの含有量が0.72％以下であり^、その一部が0.9％に濃縮されていただけであったため、危険ではなかったとのことです。^[51]

• 進行波炉- 燃料として劣化ウランを使用する原子炉の概念