ウラン

ウラン、  ₉₂ U

ウラン
発音	/ j ʊ ˈ r eɪ n i ə m / (ゆう- RAY -nee-əm )
外観	銀灰色の金属色。空気中で腐食して黒色の酸化物層が剥がれる。
標準原子量 A r °(U)
	238.028 91 ± 0.000 03 [1] 238.03 ± 0.01  （要約）[2]
周期表におけるウラン
水素 ヘリウム リチウム ベリリウム ボロン 炭素 窒素 酸素 フッ素 ネオン ナトリウム マグネシウム アルミニウム シリコン リン 硫黄 塩素 アルゴン カリウム カルシウム スカンジウム チタン バナジウム クロム マンガン 鉄 コバルト ニッケル 銅 亜鉛 ガリウム ゲルマニウム 砒素 セレン 臭素 クリプトン ルビジウム ストロンチウム イットリウム ジルコニウム ニオブ モリブデン テクネチウム ルテニウム ロジウム パラジウム 銀 カドミウム インジウム 錫 アンチモン テルル ヨウ素 キセノン セシウム バリウム ランタン セリウム プラセオジム ネオジム プロメチウム サマリウム ユーロピウム ガドリニウム テルビウム ジスプロシウム ホルミウム エルビウム ツリウム イッテルビウム ルテチウム ハフニウム タンタル タングステン レニウム オスミウム イリジウム 白金 金 水銀（元素） タリウム 鉛 ビスマス ポロニウム アスタチン ラドン フランシウム ラジウム アクチニウム トリウム プロトアクチニウム ウラン ネプツニウム プルトニウム アメリシウム キュリウム バークリウム カリホルニウム アインシュタイニウム フェルミウム メンデレビウム ノーベリウム ローレンシウム ラザホーディウム ドブニウム シーボーギウム ボーリウム ハッシウム マイトネリウム ダルムシュタディウム レントゲン コペルニシウム ニホニウム フレロビウム モスコビウム リバモリウム テネシン オガネソン Nd ↑ U ↓ — プロトアクチニウム←ウラン→ネプツニウム
原子番号 ( Z )	92
グループ	f ブロック グループ(番号なし)
期間	期間7
ブロック	fブロック
電子配置	[ラン] 5f 3 6d 1 7s 2
殻あたりの電子数	2、8、18、32、21、9、2
物理的特性
STPでの フェーズ	固体
融点	1405.3  K (1132.2 °C、2070 °F)
沸点	4404 K (4131 °C、7468 °F)
密度（20℃）	19.050 g/cm3 [  3]
液体の場合（  mp）	17.3グラム/ cm3
融解熱	9.14  kJ/モル
気化熱	417.1 kJ/モル
モル熱容量	27.665 J/(モル·K)
蒸気圧 パ （Pa） 1 10 100 1k 10k 10万 T （K）で  2325 2564 2859 3234 3727 4402
原子特性
酸化状態	−1、[4] +1、+2、+3、[5] +4、+5、+6（ 両性酸化物）
電気陰性度	ポーリングスケール: 1.38
イオン化エネルギー	1位: 597.6 kJ/mol 2位: 1420 kJ/mol
原子半径	経験的: 午後156時
共有結合半径	196±7時
ファンデルワールス半径	午後186時
ウランのスペクトル線
その他のプロパティ
自然発生	原始的な
結晶構造	斜方晶系（oS4）
格子定数	a  = 285.35 pm b  = 586.97 pm c  = 495.52 pm （20℃）[3]
熱膨張	15.46 × 10 −6 /K (20℃) [a]
熱伝導率	27.5W/(m⋅K)
電気抵抗率	0.280 µΩ⋅m（0℃）
磁気秩序	常磁性
ヤング率	208GPa
せん断弾性係数	111万気圧
体積弾性率	100万気圧
音速の 細い棒	3155 m/s (20 °C時)
ポアソン比	0.23
ビッカース硬度	1960～2500MPa
ブリネル硬度	2350～3850MPa
CAS番号	7440-61-1
歴史
ネーミング	ギリシャ神話の天空の神ウラノスにちなんで名付けられた惑星天王星にちなんで名付けられた。
発見	マルティン・ハインリヒ・クラプロス(1789)
最初の隔離	ウジェーヌ・メルシオール・ペリゴ(1841)
ウランの同位体 ヴ e
主な同位体[6] 減衰 豊富 半減期 （t 1/2） モード 製品 232う シンセ 68.9歳 α 228日 SF – 233う トレース 1.592 × 10 5 年[7] α 229日 SF – 234う 0.005% 2.455 × 10 5 年 α 230番目 SF – 235う 0.720% 7.04 × 10 8 年 α 231日 SF – 236う トレース 2.342 × 10 7 年 α 232番目 SF – 238う 99.3% 4.468 × 10 9 年 α 234番目 SF – β − β − 238プウ
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ウランは元素記号U、原子番号92 の化学元素です。周期表のアクチノイド系列に属する銀灰色の金属です。ウラン原子は 92 個の陽子と 92 個の電子を持ち、そのうち 6 個は価電子です。ウランは放射性崩壊し、通常はアルファ粒子を放出します。この崩壊の半減期は同位体によって 159,200 年から 45 億年と異なるため、地球の年齢を判定するのに役立ちます。天然ウランで最も一般的な同位体は、ウラン 238 (中性子が 146 個で、地球上のウランの 99% 以上を占める) とウラン 235 (中性子が 143 個)です。ウランは、原始的に存在する元素の中で最も原子量が大きいです。密度は鉛より約70%高く、金やタングステンよりわずかに低い。土壌、岩石、水中に数ppmの低濃度で自然界に存在し、商業的にはウラン鉱などのウラン含有鉱物から抽出される。^[8]

現代のウランの用途の多くは、そのユニークな核特性を利用している。ウラン 235 は、天然に唯一存在する核分裂性 同位体であるため、原子力発電所や核兵器に広く使用されている。しかし、天然ウラン中のウラン 235 の存在量が少ないため (圧倒的に大部分がウラン 238)、十分な量のウラン 235 が存在するようにウランを濃縮する必要がある。ウラン 238 は高速中性子によって核分裂可能で、核分裂性プルトニウム 239 に変換できる核親和性がある。別の核分裂性同位体であるウラン 233 は、天然トリウムから生成でき、将来の原子力技術における産業利用のために研究されている。ウラン 238 は、高速中性子によって自発核分裂または誘導核分裂を起こす可能性がわずかながらある。ウラン235、および程度は低いがウラン233は、低速中性子に対する核分裂断面積がはるかに高い。十分な濃度であれば、これらの同位体は持続的な核連鎖反応を維持する。これにより原子炉で熱が発生し、核兵器用の核分裂性物質が生成される。ウランの主な民生用途は、熱エネルギーを利用して発電することである。劣化ウラン（^{238 U）は}、運動エネルギー貫通体や装甲板に使用される。^[9]

1789年、鉱物ピッチブレンドからウランが発見されたのはマルティン・ハインリヒ・クラプロートによるもので、彼は当時発見されたばかりの惑星天王星にちなんでこの新元素に命名した。ウジェーヌ・メルキオール・ペリゴがこの金属を初めて単離し、その放射性特性は1896年にアンリ・ベクレルによって発見された。 1934年に始まったオットー・ハーン、リーゼ・マイトナー、エンリコ・フェルミ、およびJ・ロバート・オッペンハイマーらによる研究により、ウランは原子力産業の燃料として、また戦争で使用された最初の核兵器であるリトルボーイに使用されるようになった。冷戦中に続いた米国とソ連の間の軍拡競争により、金属ウランやウラン由来のプルトニウム239を使用した核兵器が何万も製造された。これらの兵器や関連する核施設の解体は、さまざまな核軍縮プログラムの一環として行われ、数十億ドルの費用がかかっている。核兵器から得られる兵器級ウランはウラン238で希釈され、原子炉の燃料として再利用されます。使用済み核燃料は放射性廃棄物を形成しますが、そのほとんどはウラン238で構成されており、重大な健康上の脅威と環境への影響をもたらします。

ウランは銀白色の弱い放射性金属である。モース硬度は6で、ガラスに傷がつくほどで、チタン、ロジウム、マンガン、ニオブとほぼ同等である。展性、延性があり、わずかに常磁性で、強い電気陽性で、電気伝導性は低い。^{[10] [11]}ウラン金属の密度は19.1 g/cm ³と非常に高く、^[12]鉛（11.3 g/cm ³）よりも密度が高く、 ^[13]タングステンや金（19.3 g/cm ³ ）よりわずかに密度が低い。^{[14] [15]}

ウラン金属は、ほとんど全ての非金属元素（希ガスを除く）およびその化合物と反応し、反応性は温度とともに増大する。^[16] 塩酸と硝酸はウランを溶解するが、塩酸以外の非酸化酸はウランを非常にゆっくりと攻撃する。^{[10]細かく分割すると冷水と反応することができ、空気中ではウラン金属は暗い}酸化ウランの層で覆われる。^[11]鉱石中のウランは化学的に抽出され、二酸化ウランまたは産業で使用可能な他の化学形態に変換される。

ウラン 235 は、核分裂性であることがわかった最初の同位体です。他の天然同位体は核分裂性ではあるものの、核分裂性ではありません。低速中性子の照射により、ウラン 235 はほとんどの場合 2 つの小さな原子核に分裂し、核結合エネルギーとより多くの中性子を放出します。これらの中性子が他のウラン 235 原子核に吸収されすぎると、核連鎖反応が発生し、熱バーストまたは (状況によっては) 爆発を引き起こします。原子炉では、このような連鎖反応は中性子毒によって遅くなり、制御され、自由中性子の一部が吸収されます。このような中性子吸収材は、多くの場合、原子炉制御棒の一部です(原子炉制御のこのプロセスの説明については、 原子炉物理学を参照してください)。

わずか15ポンド（6.8kg）のウラン235で原子爆弾を作ることができます。^[17]広島で爆発したリトルボーイと呼ばれる核兵器はウランの核分裂に依存していました。しかし、最初の核爆弾（トリニティで使用されたガジェット）と長崎で爆発した爆弾（ファットマン）はどちらもプルトニウム爆弾でした。

ウラン金属には3つの同素体が存在する: ^[18]

• α（斜方晶）は668℃（1,234℉）まで安定。斜方晶系、空間群63、Cmcm、格子定数 a  = 285.4 pm、b  = 587 pm、c  = 495.5 pm。^[19]
• β（正方晶）は668～775℃（1,234～1,427℉）で安定。正方晶、空間群P 4 ₂ / mnm、P 4 ₂ nm、またはP 4 n 2、格子定数a  = 565.6 pm、b  = c  = 1075.9 pm。^[19]
• γ（体心立方）は775℃（1,427℉）から融点までの温度で、最も展性と延性が高い状態です。体心立方、格子定数a  = 352.4 pm。^[19]

軍事分野におけるウランの主な用途は高密度貫通弾である。この弾薬は、チタンやモリブデンなどの他の元素を1～2%合金にした劣化ウラン（DU）でできている。^[20]高い衝撃速度では、弾丸の密度、硬度、および発火性により、重装甲の標的を破壊することができる。戦車の装甲やその他の取り外し可能な車両装甲も、劣化ウラン板で強化することができる。ペルシャ湾戦争やバルカン半島での戦争中に米国、英国、その他の国が劣化ウラン弾を使用したことで、土壌に残るウラン化合物に関する問題が浮上し、劣化ウランの使用は政治的および環境的に論争の的となった（湾岸戦争症候群を参照）。^[17]

劣化ウランは、放射性物質を保管および輸送する容器の遮蔽材としても使用されている。金属自体が放射性であるが、密度が高いため、ラジウムなどの強力な放射線源からの放射線を鉛よりも効果的に阻止することができる。^{[10]劣化ウランのその他の用途には、航空機の操縦翼面のカウンターウェイト、ミサイル}再突入体のバラスト、遮蔽材などがある。^[11]密度が高いため、この材料は慣性誘導システムやジャイロコンパスに使用されている。^[11]劣化ウランは、機械加工や鋳造が容易で、比較的低コストであるため、同様の密度の金属よりも好まれている。^{[21]劣化ウランへの曝露の主なリスクは、放射能ではなく}ウラン酸化物による化学中毒である（ウランは弱いアルファ線放出物質にすぎない）。

第二次世界大戦後期、冷戦全体、そしてその後も程度は低いものの、ウラン235は核兵器製造のための核分裂性爆発物として使われてきた。当初は、2つの主要なタイプの核分裂爆弾が作られた。1つはウラン235を使用する比較的単純な装置で、もう1つはウラン238から生成されたプルトニウム239を使用するより複雑な機構である。後に、プルトニウムベースの装置を使用して三重水素と重水素の混合物を核融合させる、はるかに複雑ではるかに強力なタイプの核分裂/核融合爆弾（熱核兵器）が作られた。このような爆弾は非核分裂性（濃縮されていない）ウランのケースで覆われており、核融合プロセスからの高速中性子によるこの物質の核分裂から半分以上のパワーを得ている。 ^[22]

民生部門におけるウランの主な用途は原子力発電所の燃料です。1キログラムのウラン235は、理論上約20 テラジュール（2 × 10¹³ ジュール）、完全な核分裂を仮定すると、150万キログラム（1,500トン）の石炭に相当するエネルギーです。 ^[9]

商業用原子力発電所では、通常、ウラン235を約3%に濃縮した燃料が使用される。^[9] CANDUとマグノックス設計は、濃縮されていないウラン燃料を使用できる唯一の商業用原子炉である。米国海軍の原子炉に使用される燃料は、通常、ウラン235が高度に濃縮されている（正確な値は機密扱い）。増殖炉では、ウラン238は次の反応によってプルトニウム239に変換されることもできる。^[11]

²³⁸
₉₂あなた
+ ん→ ²³⁹
₉₂あなた
+ γβ ⁻→  ²³⁹
₉₃いいえ
β ⁻→  ²³⁹
₉₄プ

放射能が発見される前（そして時には発見された後も）、ウランは主にウランガラスやフィエスタウェアなどの黄色のガラスや陶器の釉薬に少量使用されていました。^[23]

マリー・キュリーによるウラン鉱石（ピッチブレンド）中のラジウムの発見と単離は、時計や航空機の文字盤用の暗闇で光る塗料の製造に使用されたラジウムを抽出するためのウラン採掘の発展を引き起こした。^{[24] [25]} 1グラムのラジウムを抽出するのに3トンのウランが必要であるため、これにより膨大な量のウランが廃棄物として残った。この廃棄物は釉薬産業に転用され、ウラン釉が非常に安価で豊富になった。陶器の釉薬の他に、緑、黄色、藤色、黒、青、赤などの色で製造できる一般的な浴室や台所のタイルを含め、ウランタイル釉薬が大部分を占めた。

ウランは写真用化学薬品（特にトナーとしての硝酸ウラン）^{[11] 、}舞台照明電球のフィラメント^[26]、義歯の見栄えを良くする^[27]、[皮革産業や木材産業では染色剤や染料として使われた。ウラン塩は絹や羊毛の媒染剤である。酢酸ウラニルとギ酸ウラニルは透過型電子顕微鏡で電子密度の高い「染色剤」として使われ、極薄切片の生物標本のコントラストを高めたり、ウイルス、単離細胞小器官、高分子のネガティブ染色に使われたりしている。

ウランの放射能の発見は、この元素の科学的、実用的用途のさらなる開拓をもたらした。ウラン238の長い半減期（4.47 × 10^{ウランの放射年代は、ウランの約9}年分の放射年代を測定するのに適しているため、最も古い火成岩の年代を推定したり、ウラン-トリウム年代測定、ウラン-鉛年代測定、ウラン-ウラン年代測定などの他の種類の放射年代測定にも適しています。ウラン金属は、高エネルギーX線を作る際のX線ター​​ゲットとして使用されます^{。 [11]}

天然酸化物のウランであるピッチブレンドの使用は、少なくとも西暦79年にまで遡り、ローマ帝国で陶磁器の釉薬に黄色を加えるために使用されていました。^[11] 1912年、オックスフォード大学のRTギュンターは、イタリアのナポリ湾のポジリポ岬にあるローマの別荘で、1%のウラン酸化物を含む黄色のガラスを発見しました。 ^[28]中世後期から、ピッチブレンドはエルツ山脈にあるボヘミアのヨアヒムスタール（現在のチェコ共和国のヤーヒモフ）のハプスブルク家の銀鉱山から採掘され、地元のガラス製造産業で着色剤として使用されました。^[29] 19世紀初頭、世界でウラン鉱石の産地として知られているのはこれらの鉱山のみでした。

この元素を発見したのはドイツの化学者マルティン・ハインリヒ・クラプロートである。 1789年にベルリンの実験室で研究していたとき、クラプロートはピッチブレンドを硝酸に溶かし、その溶液を水酸化ナトリウムで中和することで、黄色の化合物（おそらく二ウラン酸ナトリウム）を沈殿させることに成功した。^[29]クラプロートは、黄色の物質がまだ発見されていない元素の酸化物であると仮定し、木炭で加熱して黒い粉末を得た。彼はそれが新しく発見された金属そのものであると思った（実際、その粉末はウランの酸化物であった）。^{[29] [30]彼は、8年前に}ウィリアム・ハーシェルによって発見されていた惑星ウラノス（古代ギリシャの天空の神にちなんで名付けられた）にちなんで、新発見の元素に名前を付けた。^[31]

1841年、パリ国立美術学校（中央工芸学校）の分析化学教授であったウジェーヌ・メルキオール・ペリゴは、四塩化ウランをカリウムと加熱してウラン金属の最初のサンプルを単離した。^{[29] [32]}

アンリ・ベクレルは1896年にウランを使って放射能を発見した。^{[16]ベクレルはパリで、引き出しの中の未露光の}写真乾板の上にウラン塩のサンプル、K ₂ UO ₂ (SO ₄ ) ₂ (硫酸ウラニルカリウム) を置き、乾板が「曇った」ことに気づいたことでこの発見をした。^[33]彼は、ウランから放出された目に見えない光または光線が乾板を露光させたと判断した。

第一次世界大戦中、同盟国は大砲の砲身や高速度工具鋼を作るためのモリブデンが不足していたため、モリブデンと多くの物理的特性が同じである鉄ウラン合金を代用品として日常的に使用していました。この慣習が1916年に知られるようになると、米国政府はいくつかの著名な大学に製造業や金属加工におけるウランの使用を研究するよう要請しました。これらの製法で作られた工具は数十年間使用され続けましたが、^{[34] [35]}マンハッタン計画と冷戦により核分裂研究と兵器開発のためにウランの需要が高まりました。

1934年、エンリコ・フェルミ率いる研究チームは、ウランに中性子を照射するとベータ線（生成された元素からの電子または陽電子。ベータ粒子を参照）が発生することを発見した。^{[36]核分裂生成物は最初、原子番号93と94の新しい元素と間違えられ、}ローマ・ラ・サピエンツァ大学の学長オルソ・マリオ・コルビーノがそれぞれアウセニウムとヘスペリウムと名付けた。 ^{[37] [38] [39] [40]}ウランが核分裂してより軽い元素に分解し、結合エネルギーを放出するという発見につながる実験は、ベルリンのハーン研究室でオットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンが行った。 ^[36]リーゼ・マイトナーと甥の物理学者オットー・ロベルト・フリッシュは、1939年2月にこの物理的説明を発表し、このプロセスを「核分裂」と名付けた。^[41]その後まもなく、フェルミはウランの核分裂によって核分裂反応を維持するのに十分な中性子が放出される可能性があるという仮説を立てた。この仮説は1939年に確認され、その後の研究でウラン235の核分裂ごとに平均約2.5個の中性子が放出されることが判明した。^[36]フェルミはアルフレッド・OC・ニーアに核分裂性成分を決定するためにウラン同位体を分離するよう促し、1940年2月29日、ニーアはミネソタ大学で製作した装置を使用してテイト研究所で世界初のウラン235サンプルを分離した。コロンビア大学のサイクロトロンを使用して、ジョン・ダニングは3月1日にサンプルが分離された核分裂性物質であることを確認した。^[42]さらに研究を進めると、より一般的なウラン238同位体がプルトニウムに変換できることがわかった。プルトニウムもウラン235と同様に熱中性子によって核分裂する。これらの発見により、多くの国が核兵器と原子力の開発に着手した。ドイツで核分裂が発見されたにもかかわらず、ウランクラブ（ドイツの戦時中の原子力および/または兵器の研究プロジェクト）は、限られた資源、内紛、この分野の著名な科学者数名の亡命または不参加、そして、利用可能なグラファイトサンプルの不純物を考慮しなかったことなど、いくつかの重大なミスによって妨げられた。このため、グラファイトは中性子減速材としてあまり適していないように見えた。現実よりもずっと厳しい。アメリカ軍がハイガーロッホ（ドイツ最後の戦時原子炉実験場）に到着した時点では、ドイツの天然ウラン/重水炉建設の試みは臨界に近づくことはできなかった。 ^[43]

1942年12月2日、マンハッタン計画の一環として、エンリコ・フェルミ率いる別のチームが、初の人工的な自立型核連鎖反応であるシカゴ・パイル1を開始することに成功した。濃縮ウラン235を使用する当初の計画は、十分な量が入手できなかったため断念された。^[44]シカゴ大学スタッグフィールドのスタンドの下にある研究室で作業していたチームは、360トンのグラファイト、53トンの酸化ウラン、5.5トンのウラン金属を積み重ねて、このような反応に必要な条件を作り出した。そのほとんどは、ウェスティングハウス・ランプ工場がその場しのぎの生産プロセスで供給したものだ。^{[36] [45]}

第二次世界大戦中、米国は2種類の原子爆弾を開発した。1つはウランベースの装置（コードネーム「リトルボーイ」）で、核分裂性物質は高濃縮ウランであり、もう1つはプルトニウムベースの装置（トリニティ実験および「ファットマン」を参照）で、プルトニウムはウラン238から抽出された。リトルボーイは、 1945年8月6日に日本の広島で爆発し、戦争で使用された最初の核兵器となった。爆弾はTNT火薬12,500トンに相当する威力で爆発し、その爆風と熱波により約50,000棟の建物が破壊され、約75,000人が死亡した（広島と長崎への原爆投下を参照）。^[33]当初、ウランは比較的希少であり、既知のウラン備蓄をすべて買い上げるだけで核拡散を回避できると考えられていたが、10年以内に世界中の多くの場所でウランの大規模な鉱床が発見された。^[46]

テネシー州オークリッジにあるオークリッジ国立研究所(ORNL)のX -10黒鉛炉は、以前はクリントン炉およびX-10炉として知られ、世界で2番目に建設された人工原子炉 (エンリコ・フェルミのシカゴ炉に次ぐ) であり、連続運転用に設計・建造された最初の原子炉であった。アイダホ州アルコ近郊の原子力委員会国立原子炉試験ステーションにあるアルゴンヌ国立研究所の実験増殖炉Iは、 1951年12月20日に電気を生み出した最初の原子炉となった。 ^{[47]当初、原子炉は4つの150ワットの電球を点灯していたが、改良により最終的に施設全体に電力を供給できるようになった (後に、アルコの町は、}アルゴンヌ国立研究所が設計・運用する別の原子炉であるBORAX-IIIで発電した原子力発電ですべての電力を賄う世界初の町となった)。^{[48] [49]}世界初の商業規模の原子力発電所はソ連のオブニンスクで、1954年6月27日に原子炉AM-1で発電を開始しました。他の初期の原子力発電所には、1956年10月17日に発電を開始したイギリスのカルダーホール原子力発電所、 ^[50]と1958年5月26日に稼働を開始したペンシルバニア州のシッピングポート原子力発電所があります。原子力は1954年に潜水艦USSノーチラスの推進力として初めて使用されました。 ^{[36] [51]}

1972年、フランスの物理学者フランシス・ペランは、アフリカのガボンにあるオクロ鉱山の3つの別々の鉱床で、古代の、そしてもはや活動していない天然の原子核分裂炉15基を発見しました。これらはまとめてオクロ化石原子炉と呼ばれています。この鉱床は17億年前に形成されました。当時、ウラン235は地球上のウランの約3％を占めていました。^{[52]これは、他の条件が整えば、持続的な連鎖反応を可能にするのに十分な高さです。周囲の堆積物が健康を脅かす}核廃棄物を封じ込める能力は、米国連邦政府によって、ユッカマウンテン核廃棄物貯蔵所で使用済み核燃料を貯蔵することが実現可能であることを裏付ける証拠として引用されています。^[52]

1950年代から1960年代初頭にかけてのソ連と米国、および1970年代から1980年代にかけてのフランスによる地上核実験^[21]により、ウラン娘核種からの大量の放射性降下物が世界中に拡散した。^{[53]さらに、いくつかの}原子力事故によって放射性降下物と汚染が発生した。^[54]

ウラン鉱山労働者は癌の発症率が高い。例えば、ナバホ族のウラン鉱山労働者の肺癌の過剰リスクは文書化されており、彼らの職業と関連している。 ^{[55] 1990年に制定された米国の}放射線被ばく補償法では、癌やその他の呼吸器疾患と診断されたウラン鉱山労働者に10万ドルの「慈悲金」を支払うことが義務付けられている。^[56]

ソ連とアメリカの冷戦中には、膨大なウランが備蓄され、濃縮ウランとウランから作られたプルトニウムを使って何万もの核兵器が作られた。1991年のソ連崩壊後、ロシア連邦と他のいくつかの旧ソ連諸国では、警備が不十分な施設に、推定600ショートトン（540メートルトン）の高濃縮兵器級ウラン（核弾頭4万個分）が保管されていた。^[17]アジア、ヨーロッパ、南米の警察は、1993年から2005年の間に少なくとも16回、密輸された核兵器級ウランやプルトニウムの積荷を押収しており、そのほとんどは旧ソ連の供給源からのものである。^[17] 1993年から2005年にかけて、米国連邦政府が運営する物質保護・管理・会計プログラムは、ロシアのウランとプルトニウムの備蓄を保護するために約5億5000万ドルを費やしました。この資金は、研究施設と貯蔵施設の改善とセキュリティ強化に使用されました。^[17]

ロシアの原子力施設の安全性は、1990年代初頭の政治的、経済的混乱が落ち着いて以来、大幅に向上した。例えば、1993年には国際原子力事象評価尺度（ IENES）でレベル1を超える事故が29件あったが、この数は1995年から2003年にかけて年間4件以下に減少した。全身CTスキャン1回分に相当する年間20mSvを超える放射線量を受ける従業員の数^[57]は、2000年頃に大幅に減少した。2015年11月、ロシア政府は2016年から2030年までの原子力および放射線安全に関する連邦プログラムを承認した。予算は5620億ルーブル（約80億ドル）である。その主要な問題は、「原子力産業の70年間、特にソ連時代に蓄積された繰延債務」である。予算の約73％は、老朽化し​​た原子炉や原子力施設、特に国家防衛計画に関係するものの廃止措置に充てられ、20％は核燃料や放射性廃棄物の処理と処分に、5％は核と放射線の安全性の監視と確保に充てられる。^[58]

ウランは、すべての岩石、土壌、水中に低濃度で存在する天然元素です。地球上で大量に天然に存在する元素の中では最も番号が大きい元素であり、ほとんどの場合、他の元素と結合した状態で見つかります。 ^[11]ウランは、地殻で48番目に豊富な元素です。 ^[59]地球のマントルでのウラン、トリウム、カリウム40の崩壊は、地球の外核を液体状態に保ち、マントル対流を促進し、プレートテクトニクスを促進する主な熱源であると考えられています^{[60] [61]}。

地殻中のウランの濃度は（文献によって異なるが）2～4 ppmであり、^{[10] [21] 、}銀の約40倍に相当する。^[16]地表から25 km（15マイル）下までの地殻には、10 ¹⁷  kg（2 × 10¹⁷ ポンド）のウランが海中に埋蔵されている一方、海洋には10 ¹³  kg（2 × 10¹³ ポンド）。 ^[10]土壌中のウラン濃度は0.7～11ppm（リン酸肥料の使用により農地土壌では最大15ppm ）の範囲であり、 ^[62]海水中の濃度は3ppbである。 ^[21]

ウランは、アンチモン、スズ、カドミウム、水銀、銀よりも豊富で、ヒ素やモリブデンと同程度に豊富です。^{[11] [21]}ウランは、ウラン鉱（最も一般的なウラン鉱石）、カルノー石、オーチュナイト、ウラノフェン、トルベルナイト、コフ​​ィナイトなど、何百もの鉱物に含まれています。^[11]リン鉱床などの物質や、ウランに富む鉱石中の亜炭やモナズ石砂などの鉱物には、かなりの濃度のウランが含まれています^[11]（商業的には、ウランが0.1％程度の資源からも回収されています^[16]）。

鉄よりも原子量が大きいすべての元素と同様に、ウランは超新星と中性子星の合体におけるr過程（急速中性子捕獲）によってのみ自然に生成されます。^[63]原始的なトリウムとウランはr過程でのみ生成されます。これは、s過程（低速中性子捕獲）が遅すぎて、ビスマスの後の不安定性のギャップを通過できないためです。^{[64] [65]}現存する2つの原始ウラン同位体である²³⁵ Uと²³⁸ Uの他に、r過程では半減期が短い²³⁶ Uも大量に生成され、そのため²³² Thに完全に崩壊して絶滅した放射性核種となっています。さらに、 ²⁴⁴ Puの崩壊によってウラン 236 が生成され、トリウムの量が予想よりも多く、ウランの量が予想よりも少なかったことが説明されました。^{[66]ウランの自然存在量は、絶滅した242} Pu (半減期 375,000 年) と²⁴⁷ Cm (半減期 1600 万年)の崩壊によって補われ、それぞれ²³⁸ U と²³⁵ U が生成されましたが、これらの親の半減期が短く、トリウムの親である²³⁶ U と²⁴⁴ Pu よりも生成量が少ないため、ほとんど無視できる程度でした。太陽系の形成時の²⁴⁷ Cm/ ^{235 U 比は}(7.0 ± 1.6) × 10 ^-5。^[67]

Shewanella putrefaciens、Geobacter metallireducens 、 Burkholderia fungorumの一部の菌株などの細菌は、成長のためにウランを使用し、 U(VI) を U(IV) に変換する。^{[68] [69]}最近の研究では、この経路には、中間の五価 U(V) 状態を経由する可溶性 U(VI) の還元が含まれることが示唆されている。^{[70] [71]}地衣類の Trapelia involutaや細菌のCitrobacterなどの微生物 などの他の生物は、環境中の濃度の 300 倍までのウランを吸収することができる。^[72] Citrobacter属は、グリセロールリン酸（または他の同様の有機リン酸）を与えられるとウラニルイオンを吸収する。 1 日後、細菌 1 グラムは 9 グラムのリン酸ウラニル結晶で自分自身を被覆することができる。これにより、これらの生物がウラン汚染水の浄化にバイオレメディエーションに使用できる可能性が生まれます。 ^{[29] [73]} プロテオバクテリアのジオバクターも地下水中のウランをバイオレメディエーションすることが示されています。^[74]菌根菌のグロムス・イントラディケスは共生植物の根のウラン含有量を増加させます。^[75]

自然界では、ウラン(VI)はアルカリ性pHで非常に溶解性の高い炭酸塩錯体を形成する。これにより、核廃棄物から地下水や土壌へのウランの移動性と利用可能性が増加し、健康被害につながる。しかし、アルカリ性pHで過剰な炭酸塩が存在すると、ウランをリン酸として沈殿させることは困難である。スフィンゴモナス属BSAR-1株は、アルカリ溶液からウランをウラニルリン酸種として生物沈殿させるために適用されている高活性アルカリホスファターゼ(PhoK)を発現することがわかった。沈殿能力は、大腸菌でPhoKタンパク質を過剰発現させることによって強化された。^[76]

植物は土壌からいくらかのウランを吸収します。植物中のウランの乾燥重量濃度は5～60ppbの範囲で、焼却した木材の灰の濃度は最大4ppmになります。^[29]食用植物中のウランの乾燥重量濃度は通常これより低く、人間が食べる食物を通じて1日あたり1～2マイクログラム摂取されます。^[29]

2021年の世界のウラン生産量は48,332トンで、そのうち21,819トン（45%）がカザフスタンで採掘された。その他の重要なウラン採掘国は、ナミビア（5,753トン）、カナダ（4,693トン）、オーストラリア（4,192トン）、ウズベキスタン（3,500トン）、ロシア（2,635トン）である。^[77]

ウラン鉱石は、露天掘り、坑内掘り、原位置浸出、ボーリング採掘など、いくつかの方法で採掘されます。^[9]採掘される低品位のウラン鉱石には、通常、0.01～0.25%のウラン酸化物が含まれます。鉱石から金属を抽出するには、広範囲にわたる手段を講じる必要があります。^{[78]カナダの}サスカチュワン州アサバスカ盆地の鉱床で見つかった高品位の鉱石には、平均で最大23%のウラン酸化物が含まれます。^[79]ウラン鉱石は粉砕されて微粉末になり、次に酸またはアルカリで浸出されます。浸出液は、沈殿、溶媒抽出、イオン交換のいずれかの手順にかけられます。結果として得られる混合物はイエローケーキと呼ばれ、少なくとも75%のウラン酸化物U ₃ O ₈が含まれます。^[80]

商業用ウランは、ウランハロゲン化物をアルカリ金属またはアルカリ土類金属で還元することによって製造することができる。^{[11]ウラン金属は、} KUFの電気分解によっても製造することができる。
₅または UF
₄、溶融塩化カルシウム（CaCl
₂）と塩化ナトリウム（NaCl）溶液から生成される。^[11]高温フィラメント上でのウランハロゲン化物の熱分解により、非常に純粋なウランが生成される。 ^[11]

• 
  世界のウラン生産量（鉱山）と需要^[77]
• 
  イエローケーキはウラン酸化物の濃縮混合物であり、さらに精製されて純粋なウランが抽出されます。
• 
  2015年のウラン生産量（トン）^[81]

ウラン1kgあたり130米ドルで採算が取れる鉱石として610万トンのウランが存在すると推定されており^[82] 、 3500万トンは鉱物資源（最終的に経済的に採掘できる見込みがある）に分類されている^{[83] 。}

オーストラリアは世界で知られているウラン鉱石埋蔵量の28%を保有しており^[82]、世界最大の単一ウラン鉱床は南オーストラリア州のオリンピックダム鉱山にあります。^[84]中央アフリカ共和国のムボモウ県のバクーマには、かなりの量のウラン埋蔵量があります。^[85]

ウランの一部は解体された核兵器に由来する。^{[86]例えば、1993年から2013年にかけてロシアは}、メガトンからメガワットへのプログラムの一環として、米国に15,000トンの低濃縮ウランを供給した。^[87]

さらに46億トンのウランが海水に溶解していると推定されている（1980年代に日本の科学者は、イオン交換装置を使用して海水からウランを抽出することが技術的に可能であることを示した）。^{[88] [89]}海水からウランを抽出する実験は行われてきたが、^[90]水中の炭酸塩のために収量は低かった。2012年、ORNLの研究者は、固体または気体の分子、原子、イオンの表面保持を行い、水から有毒金属を効果的に除去するHiCapと呼ばれる新しい吸収材の開発に成功したと、パシフィック・ノースウエスト国立研究所の研究者によって検証された結果が発表された。^{[91] [92]}

2005年には、世界の濃縮ウラン酸化物の大部分を10カ国が占めていた：カナダ（27.9%）、オーストラリア（22.8%）、カザフスタン（10.5%）、ロシア（8.0%） 、ナミビア（ 7.5%）、ニジェール（7.4%）、ウズベキスタン（5.5%）、米国（2.5%）、アルゼンチン（2.1%）、ウクライナ（1.9%）。^[94] 2008年には、カザフスタンが生産量を増やし、2009年までに世界最大のウラン供給国になると予測されていた。^{[95] [96]}カザフスタンは2010年以来、世界のウラン市場を支配してきました。2021年のシェアは45.1%で、ナミビア（11.9%）、カナダ（9.7%）、オーストラリア（8.7%）、ウズベキスタン（7.2%）、ニジェール（4.7%）、ロシア（5.5%）、中国（3.9%）、インド（1.3%）、ウクライナ（0.9%）、南アフリカ（0.8%）が続き、世界の総生産量は48,332トンでした。^[77]ウランの大部分は、従来の鉱石の地下採掘（生産量の29%）ではなく、原位置浸出（66%）によって生産されました。^{[77] [97]}

1960年代後半、国連の地質学者はソマリアで大規模なウラン鉱床とその他の希少鉱物資源を発見した。この発見は同種のものとしては最大規模で、業界の専門家は当時世界で知られていたウラン埋蔵量80万トンの25%以上をこの鉱床が占めると推定した。^[98]

最終的な供給量は少なくとも今後85年間は十分であると考えられているが^[83] 、 20世紀後半の投資不足が21世紀に供給問題を引き起こす可能性があると示唆する研究もある。^[99] ウラン鉱床は対数正規分布しているようだ。鉱石の品位が10倍低下するごとに、回収可能なウランの量は300倍に増加する。^[100] 言い換えれば、高品位の鉱石はほとんどなく、低品位の鉱石の方が比例して多くなっている。

多くの大規模工場で生産される焼成ウランイエローケーキには、最も酸化されたものから最も酸化されていないものまで、さまざまな形態のウラン酸化種の分布が含まれています。焼成炉での滞留時間が短い粒子は、滞留時間が長い粒子やスタックスクラバーで回収された粒子よりも一般的に酸化が少なくなります。ウラン含有量は通常、U
₃お
₈マンハッタン計画の時代に遡る。
₃お
₈分析化学報告基準として使用されました。^[101]

ウラン-酸素系の相関係は複雑である。ウランの最も重要な酸化状態はウラン(IV)とウラン(VI)であり、それらに対応する2つの酸化物はそれぞれ二酸化ウラン( UO
₂）と三酸化ウラン（UO
₃^[102]一酸化ウラン（UO）、五酸化二ウラン（U
₂お
₅）、および過酸化ウラン（UO
₄·2時間
₂O ) も存在します。

最も一般的なウラン酸化物は、三酸化ウラン（U
₃お
₈) とUO
₂^[103]どちらの酸化物形態も固体で、水への溶解度が低く、幅広い環境条件で比較的安定しています。三酸化ウランは（条件によって異なりますが）ウランの最も安定した化合物であり、自然界で最も一般的に見られる形態です。二酸化ウランは、ウランが原子炉燃料として最も一般的に使用される形態です。^[103]常温では、UO
₂徐々にUに変換されます
₃お
₈ウラン酸化物は安定性が高いため、一般的に貯蔵や廃棄に適した化学形態であると考えられています。^[103]

ウランの多くの酸化状態の塩は水溶性であり、水溶液で研究することができる。最も一般的なイオン形態はUである。^3歳以上
(茶赤)、U^4歳以上
（緑）、UO⁺
₂（不安定）、UO²⁺
_{2 ...}（黄色）は、それぞれU（III）、U（IV）、U（V）、U（VI）を表す。^{[104] UOや}USなどの固体および半金属化合物は、ウラン（II）の正式な酸化状態に存在するが、その状態の単純なイオンが溶液中に存在することは知られていない。Uのイオン^3歳以上
水から水素を放出するため、非常に不安定であると考えられています。UO²⁺
_{2 ...}イオンはウラン(VI)状態を表し、炭酸ウラニル、塩化ウラニル、硫酸ウラニルなどの化合物を形成することが知られています。UO²⁺
_{2 ...}ウラニルは様々な有機キレート剤と錯体を形成しますが、その中で最も一般的に見られるのは酢酸ウラニルです。^[104]

ウランのウラニル塩や多原子イオンの酸化ウラン陽イオンとは異なり、多原子イオンの酸化ウラン陰イオンを含む塩であるウラン酸塩は、一般に水に溶けません。

炭酸塩アニオンとウラン(VI)の相互作用により、媒体が水から炭酸塩を含む溶液に変わると、プールベ図は大きく変わります。炭酸塩の大部分は水に溶けませんが (アルカリ金属の炭酸塩以外の炭酸塩はすべて水に溶けないと学生に教えられることが多い)、炭酸ウランは水に溶けることが多いです。これは、U(VI) カチオンが 2 つの末端酸化物と 3 つ以上の炭酸塩と結合してアニオン錯体を形成できるためです。

炭酸塩存在下でのウラン分率図はこれをさらに示しています。ウラン(VI)溶液のpHが上昇すると、ウランは水和酸化ウラン水酸化物に変換され、高pHでは陰イオン性水酸化物複合体になります。

炭酸塩を加えると、pH が上昇し、ウランは一連の炭酸塩錯体に変換されます。これらの反応の影響の 1 つは、pH 範囲 6 ～ 8 でのウランの溶解度の増加です。これは、使用済み二酸化ウラン核燃料の長期安定性に直接関係します。

250～300℃（482～572℉）に加熱されたウラン金属は水素と反応してウラン水素化物を形成する。さらに高温にすると、水素は可逆的に除去される。この特性により、ウラン水素化物は、様々なウラン炭化物、窒化物、ハロゲン化物化合物とともに、反応性ウラン粉末を作成するための便利な出発物質となる。[ ^106]ウラン水素化物には、低温で得られるα型と、形成温度が250℃を超えると生成されるβ型の2つの結晶変態が存在する。^[106]

炭化ウランと窒化ウランはどちらも比較的不活性な 半金属化合物で、酸にほとんど溶けず、水と反応し、空気中で発火してUを形成する可能性があります。
₃お
₈^[106]ウランの炭化物には、一炭化ウラン（U C）、二炭化ウラン（UC
₂）、および三炭化ウラン（U
₂Ｃ
₃）。UCとUCの両方
₂溶融ウランに炭素を加えるか、金属を高温で一酸化炭素にさらすことによって生成されます。1800℃以下で安定し、U
₂Ｃ
₃UCとUCの加熱混合物を加熱することによって調製される。
₂機械的ストレスに対して耐性がある。^[107]金属を窒素に直接さらすことで得られるウラン窒化物には、一窒化ウラン（UN）、二窒化ウラン（UN
₂）、および三窒化ウラン（U
₂いいえ
₃）。^[107]

すべてのウランフッ化物は四フッ化ウラン（UF
₄); UF
₄ウラン自体は二酸化ウランのフッ化水素化によって製造される。^[106] UFの還元
₄1000℃の水素と反応して三フッ化ウラン（UF
₃適切な温度と圧力条件下では、固体UFの反応は
₄六フッ化ウランガス（UF
₆）はUの中間フッ化物を形成することができる
₂ふ
₉、U
₄ふ
₁₇、およびUF
₅. ^[106]

室温では、UF
₆高い蒸気圧を持ち、ガス拡散プロセスで希少なウラン235を一般的なウラン238同位体から分離するのに有用である。この化合物は、二酸化ウランと水素化ウランから以下のプロセスで製造することができる：^[106]

ユーオー
₂+ 4 HF → UF
₄+ 2時間
₂O (500 °C、吸熱反応)

フロリダ大学
₄+ F
₂→フロリダ大学
₆（350℃、吸熱）

結果として得られるUF
₆は白色の固体で、反応性が高く（フッ素化により）、容易に昇華し（ほぼ理想気体として挙動する蒸気を放出する）、存在するウラン化合物の中で最も揮発性が高いことが知られている。^[106]

四塩化ウラン（UCl）を調製する方法の一つ
₄）は、塩素をウラン金属またはウラン水素化物と直接結合させることである。UClの還元
₄水素によって三塩化ウラン（UCl
₃）一方、ウランの高級塩化物は追加の塩素との反応によって生成される。^[106]すべてのウラン塩化物は水および空気と反応する。

ウランの臭化物とヨウ化物は、それぞれ臭素とヨウ素とウランとの直接反応、またはUHを加えることによって生成されます。
₃これらの元素の酸に。^[106]既知の例としては、UBr
₃、UBr
₄、UI
₃、およびUI
₄. UI
₅これまで一度も製造されたことがない。ウランオキシハロゲン化物は水溶性であり、UO
₂ふ
₂、UOCl
₂、UO
₂塩素
₂、UO2Br2である。オキシハロゲン化物の安定性は、成分ハロゲン化物の原子量が増加するにつれて低下する。 ^[106]

ウランは、原子番号が82より大きいすべての元素と同様に、安定同位体を持たない。82個を超える陽子を含む核種では、強い核力が電磁気反発力に勝らないため、ウランのすべての同位体は放射性である。 ^[108]しかし、最も安定した2つの同位体である²³⁸ Uと²³⁵ Uは、原始放射性核種として自然界に存在するのに十分な半減期を持ち、地球形成以来測定可能な量が残存している。^[109]これらの2つの核種は、トリウム232とともに、ほぼ安定なビスマス209よりも重いことが確認されている唯一の原始核種である。^{[6] [110]}

天然ウランは、ウラン 238 (天然存在比 99.28%)、ウラン 235 (0.71%)、ウラン 234 (0.0054%) の 3 つの主要同位体から構成されています。その他の微量同位体も 5 つあります。プルトニウム 244の崩壊生成物であるウラン 240 、^[110]ウラン 239 は、²³⁸ U が自発核分裂を起こして中性子を放出し、それが別の²³⁸ U 原子に捕獲されて生成されます。ウラン 237 は、²³⁸ U が中性子を捕獲してさらに 2 個放出し、その後ネプツニウム 237に崩壊して生成されます。ウラン 236は、 ²³⁵ Uによる中性子捕獲およびプルトニウム 244 の崩壊生成物として微量に存在します。^[110]そして最後に、ウラン233はネプツニウム237の崩壊系列で生成されます。さらに、ウラン232は天然のトリウム232の二重ベータ崩壊によって生成されると考えられますが、このエネルギー的に可能なプロセスはこれまで観測されていません。^[113]

ウラン238はウランの最も安定した同位体であり、半減期は約ウラン238の寿命は4.463 × 10 ⁹年で、^[6]地球の年齢とほぼ同じです。ウラン238は主にアルファ線を放出し、トリウム234に崩壊します。最終的には18の元素からなるウラン系列を経て鉛206に崩壊します。^[16]ウラン238は核分裂性ではありませんが、中性子活性化後に別の核分裂性同位体であるプルトニウム239に変換できるため、親核種です。実際、^{238 Uの原子核は1つの中性子を吸収して放射性同位体}ウラン239を生成できます。239 U^はベータ線放出によってネプツニウム239に崩壊します。ネプツニウム239もベータ線を放出し、ネプツニウム239も数日以内にプルトニウム239に崩壊します。²³⁹ Puは、1945年7月16日にニューメキシコ州で行われた「トリニティ実験」で爆発した最初の原子爆弾の核分裂物質として使用されました。^[36]

ウラン235の半減期は約7.04 × 10 ^{8年で、 238} Uの次に安定したウラン同位体であり、主にアルファ線を放出し、トリウム 231 に崩壊します。^[6]ウラン 235 は、地球上の自然界に大量に存在する唯一の核分裂性ウラン同位体であるため、原子炉と核兵器の両方にとって重要です。これは、熱中性子によって2 つまたは 3 つのフラグメント (核分裂生成物) に分割される可能性があることを意味します。 ^{[16] 235} Uの崩壊系列はアクチニウム系列と呼ばれ、15 のメンバーからなり、最終的に鉛 207 に崩壊します。^{[16]これらの崩壊系列の崩壊率は一定であるため、親元素と}娘元素の比率を比較することは、放射年代測定に役立ちます。

ウラン236の半減期はウラン236の半減期は2.342 × 10 ⁷年^[6]で、自然界にはそれほど多くは存在しない。ウラン236の半減期は原始的であるには短すぎるが、アルファ崩壊した娘核種であるトリウム232の絶滅した先祖として特定されている。 ^{[66]ウラン236は、 235} Uの中性子捕獲が核分裂を誘発しない場合の使用済み核燃料内、またはプルトニウム240の崩壊生成物として存在する。ウラン236は核分裂性ではない。核分裂性の²³⁹ Puを生成するにはさらに3つの中性子捕獲が必要であり、それ自体は核分裂性ではないため、長寿命放射性廃棄物と見なされている。^[114]

ウラン234はウラン系列に属し、その祖先である^238Uと平衡状態で存在し、半減期245,500年^[6]のアルファ崩壊を起こし、比較的短寿命の同位体系列を経て鉛206に崩壊する。

ウラン233はアルファ崩壊を起こし、半減期は16万年で、²³⁵ Uと同様に核分裂性がある。^[11]通常は原子炉内で中性子照射によってトリウム232から生成することができ、このプロセスは^トリウム燃料サイクルとして知られている。233 Uの核分裂性とトリウムの天然存在比が大きいこと（ウランの3倍）から、^{[115] 233 Uは235} Uと²³⁹ Puの代替として核燃料としての使用が研究されているが、^[116] 2022年時点では広く使用されていない。^[115]ウラン233の崩壊系列はネプツニウム系列の一部を形成し、ほぼ安定したビスマス209（半減期 ^{[アップデート]}2.01 × 1019 年）^{[ 6]}および安定したタリウム-205。

ウラン232は半減期が68.9年のアルファ線放射体である。^{[6]この同位体は233} Uの製造時に副産物として生成され、核分裂性がなく、 ²⁰⁸ Tlなどの短寿命のアルファ線およびガンマ線放射体を介して崩壊するため、厄介物と見なされている。^{[116]また、トリウム232は}二重ベータ崩壊を起こしてウラン232を生成することが期待されているが、これはまだ実験的に観察されていない。^[6]

²³² Uから²³⁶ Uまでのすべての同位体はマイナークラスター崩壊枝（10 ^{−10 %であり、 233} Uを除くこれらすべては、 ²³⁸ Uに加えて、小さな自発的核分裂分岐を持つ。^[6]自発的核分裂の最大分岐比は約^{238 Uの場合は}5 × 10 ⁻⁵ % 、つまり200万回に1回の崩壊である。^[117]より寿命の短い微量同位体²³⁷ Uと²³⁹ Uはベータ崩壊のみを起こし、半減期はそれぞれ6.752日と23.45分である。^[6]

合計で28のウラン同位体が特定されており、質量数は220を除いて214 ^{[118]から242までの範囲である。 [6] [119]}天然サンプルや核燃料には見られないウラン同位体のうち、最も長寿命なのは²³⁰ Uで、半減期は20.23日のアルファ放射体である。^{[6]この同位体は、}標的アルファ粒子療法（TAT）での使用が検討されている。^{[120]他のすべての同位体は、 231} U（半減期4.2日）と²⁴⁰ U（半減期14.1時間）を除いて、半減期が1時間未満である。 ^[6]最も短寿命であることが知られている同位体は^{221 Uで、半減期は660ナノ秒であり、これまで知られていなかった220} Uはさらに半減期が短いと予想される。 ^{[121] 232} Uより軽い陽子に富む同位体は、主にアルファ崩壊を起こすが、 ²²⁹ Uと²³¹ Uはそれぞれ陽電子放出と電子捕獲によってプロトアクチニウム同位体に崩壊する。中性子に富む²⁴⁰ U、²⁴¹ U、²⁴² Uはベータ崩壊を起こしてネプツニウム同位体を形成する。^{[6] [119]}

自然界では、ウランはウラン 238 (99.2742%) とウラン 235 (0.7204%) として存在します。同位体分離により、核兵器やほとんどの原子力発電所 (ガス冷却原子炉と加圧重水原子炉を除く) 用に核分裂性ウラン 235 が濃縮 (濃縮) されます。核分裂中のウラン 235 原子から放出される中性子のほとんどは、核連鎖反応を維持するために他のウラン 235 原子に衝突する必要があります。これを実現するために必要なウラン 235 の濃度と量は、「臨界質量」と呼ばれます。

「濃縮」とみなされるには、ウラン235の割合が3%から5%の間でなければならない。^[122]このプロセスにより、ウラン235が減ってウラン238の割合が増加した大量のウランが生産され、これを劣化ウランまたは「DU」と呼ぶ。「劣化」とみなされるには、²³⁵ Uの濃度が0.3%以下でなければならない。^{[123] 2001年以降ウランの価格は上昇しており、ウラン235が0.35%以上含まれる濃縮残渣は再濃縮の対象となることが検討されており、}劣化六フッ化ウランの価格は2001年の1キログラム当たり5ドルから2007年7月には130ドルを超えた。^[123]

ガス遠心分離法では、ガス状の六フッ化ウラン（UF
₆）は、高速遠心分離機を使用して²³⁵ UF ₆と²³⁸ UF ₆の分子量の差によって分離され、最も安価で主流の濃縮プロセスです。^[33]気体拡散法は濃縮の主な方法であり、マンハッタン計画で使用されました。このプロセスでは、六フッ化ウランを銀亜鉛膜に繰り返し拡散させ、ウランのさまざまな同位体を拡散速度によって分離します（ウラン238は重いため、ウラン235よりもわずかに遅く拡散します）。^[33]分子レーザー同位体分離法では、正確なエネルギーのレーザービームを使用してウラン235とフッ素の結合を切断します。これにより、ウラン238はフッ素と結合したままになり、ウラン235金属が溶液から沈殿します。^[9]代替のレーザー濃縮法は原子蒸気レーザー同位体分離（AVLIS）として知られており、色素レーザーなどの可視波長可変レーザーを使用します。^[124]使用される別の方法は液体熱拡散です。^[10]

既知の天然サンプルにおける²³⁵ U と²³⁸ U の比率からの唯一の大きな逸脱は、ガボンのオクロで発生します。ここでは、約20 億年前に天然の原子核分裂炉が²³⁵ Uの一部を消費しましたが、当時の²³⁵ U と²³⁸ Uの比率は低濃縮ウランの比率に近く、通常の (「軽い」) 水が中性子減速材として機能し、人工の軽水炉のプロセスに似ていました。事前に理論的に予測されていたこのような天然の核分裂炉の存在は、フランスでのウラン濃縮中に²³⁵ U 濃度が予想値からわずかに逸脱していることが発見されたことで証明されました。その後の調査で、人間の悪意ある行為（ ²³⁵ Uの盗難など）を排除し、一般的な核分裂生成物（またはむしろその安定した娘核種）の同位体比が核分裂で予測される値と一致しているものの、それらの元素の非核分裂由来のサンプルで予測される値とは異なっていることが判明し、理論が確認されました。

人は空気中の塵を吸い込んだり、汚染された水や食物を摂取することで、ウラン（または放射性ウランであるラドンなど）に曝露する可能性がある。空気中のウランの量は通常非常に少ないが、リン酸肥料を加工する工場で働く人、核兵器を製造または実験した政府施設の近くに住む人、劣化ウラン兵器が使用された現代の戦場の近くに住むか働く人、石炭火力発電所、ウラン鉱石を採掘または加工する施設、または原子炉燃料用にウランを濃縮する施設の近くに住むか働く人は、ウランへの曝露が増える可能性がある。^{[125] [126]}ウラン鉱床（天然または人工のスラグ鉱床）の上にある家屋や構造物では、ラドンガスへの曝露の発生率が高くなる可能性がある。労働安全衛生局（ OSHA ）は、職場でのウラン曝露の許容曝露限度を8時間労働で0.25 mg/m ^{3と定めている。}国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、 8時間労働で0.2 mg/m ^3の推奨曝露限度（REL）、短期限度を0.6 mg/m ^{3と定めている。10 mg/m 3}では、ウランは直ちに生命と健康に危険を及ぼす。^[127]

摂取されたウランのほとんどは消化中に排泄される。酸化物などの不溶性ウランを摂取した場合、吸収されるのはわずか0.5％であるが、より溶解性の高いウラニルイオンの吸収は最大5％に達することがある。^[29]しかし、溶解性ウラン化合物は体内を素早く通過する傾向があるのに対し、不溶性ウラン化合物は、特に粉塵として肺に吸入された場合、より深刻な被ばくの危険をもたらす。吸収されたウランは血流に入った後、リン酸塩との親和性のため、生体蓄積し、骨組織に何年も留まる傾向がある。 ^{[29]取り込まれたウランは}ウラニルイオンになり、骨、肝臓、腎臓、生殖組織に蓄積する。^[128]

ウランの放射線毒性と化学的毒性は、ウランのような高原子番号Zの元素が、自然放射線のガンマ線やX線の吸収と光電子の再放出を通じて幻の、あるいは二次的な放射毒性を示すという事実によって組み合わさり、これがDNAのリン酸部分に対するウランの高い親和性と相まって、一本鎖および二本鎖DNAの切断を増加させる。^[129]

ウランは皮膚から吸収されず、ウランから放出されるアルファ粒子は皮膚を透過できない。^[26]

ウランは鋼鉄の表面^[130]や帯水層^{[131] [132]}から除染することができます。

ウランは弱い放射性を持つだけでなく、有毒な金属でもあるため、腎臓、脳、肝臓、心臓などの正常な機能はウラン被曝によって影響を受ける可能性がある。^{[29] [133] [134]ウランは}生殖毒性物質でもある。^{[135] [136] 238} Uの崩壊の主な形態であるアルファ線は範囲が非常に短く、皮膚を透過しないため、放射線の影響は一般に局所的である。吸入したウランからのアルファ線は、被曝した原子力労働者に肺がんを引き起こすことが実証されている。^[137] CDCは、天然ウランや劣化ウランへの被曝の結果として人間のがんは見られなかったという研究を発表しているが、 ^{[138]ウランとその崩壊生成物、特に}ラドンへの被曝は重大な健康上の脅威である。^[139]ストロンチウム90、ヨウ素131 、その他の核分裂生成物への曝露はウランへの曝露とは無関係ですが、医療処置や使用済み原子炉燃料や核兵器からの放射性降下物への曝露によって生じる可能性があります。^[140]

高濃度の六フッ化ウランを誤って吸入すると、人が死亡することがあるが、これらの死亡はウラン自体によるものではなく、非常に有毒なフッ化水素酸とフッ化ウラニルの生成に関連している。 ^{[141]ウランは}自然発火性であるため、細かく砕かれたウラン金属は火災の危険を伴い、小さな粒子は室温で空気中で自然発火する。^[11]

ウラン金属は、十分な予防措置として手袋を着用して取り扱われるのが一般的です。^[ 142]ウラン濃縮物は、人が吸入したり摂取したりしないように取り扱われ、封じ込められています。^[142]

• エムズリー、ジョン(2001)。「ウラン」。自然の構成要素: 元素の A から Z ガイド。オックスフォード:オックスフォード大学出版局。pp. 476–482。ISBN 978-0-19-850340-8。
• シーボーグ、グレン T. (1968)。「ウラン」。化学元素百科事典。イリノイ州スコーキー：ラインホールド ブック コーポレーション。pp. 773–786。LCCN  68029938。

• 米国エネルギー情報局の核燃料データと分析
• 世界のウラン鉱床地図
• ウィリアム・ディットマー(1888)。「ウラン」 。ブリタニカ百科事典。 Vol. XXIV (第9版)。 p. 7.
• アルソスデジタルライブラリのウランに関する注釈付き書誌
• NLM 有害物質データバンク – ウラン、放射性物質
• CDC – NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド
• ATSDR 環境医学のケーススタディ: ウラン毒性 米国保健福祉省
• ビデオ周期表のウラン（ノッティンガム大学）