Uraani - ydinvoiman energiametalli

Uraani on raskain luonnossa esiintyvä alkuaine, ja sen kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia. Uraani on syntynyt tähtien supernovaräjähdyksissä ja neutronitähtien törmäyksissä neutronisieppauksen kautta. Uraania oli mukana pieninä pitoisuuksina kaasu- ja pölypilvessä, josta aurinko ja maapallo muodostuivat 4,6 miljardia vuotta sitten.

Uraanin keskimääräinen pitoisuus mantereisessa maankuoressa on 1,4 ppm (0,00014 %) ja mantereisessa yläkuoressa 2,8 ppm (0,00028 %). Uraanin, toriumin ja kaliumin radioaktiivisen hajoamisen tuottama lämpöenergia on maapallon sisäisen lämpöenergian tärkein lähde, ja tämän lämmön purkautuminen kohti pintaa on geologisten prosessien ja laattatektoniikan moottori.

Uraani on epästabiili eli radioaktiivinen, koska sillä on liian raskas atomiydin ja se pyrkii alfahajoamisen kautta kohti stabiilimpaa tilaa. Luonnossa esiintyvä uraani (luonnonuraani) koostuu kolmesta isotoopista, joiden paino-osuudet ovat 99,28 % ²³⁸U, 0,71 % ²³⁵U ja 0,0054 % ²³⁴U. Uraanin radioaktiivinen hajoaminen käsittää kaksi erillistä hajoamissarjaa, joiden kantanuklideina ovat ²³⁸U ja ²³⁵U. Uraanin isotooppi ²³⁴U kuuluu isotoopin ²³⁸U hajoamissarjaan.

Italiasta Napolin läheltä on löydetty keltaiseksi värjättyä lasia, joka on ajoitettu vuoteen 79 eKr. Lasi sisälsi yli 1% uraanioksidia. Saksalainen kemisti Klaproth havaitsi tuntemattoman alkuaineen vuonna 1789 pikivälkemineraalista ja yritti erottaa sen. Uusi alkuaine nimettiin Uranus-planeetan mukaan, joka oli löydetty kahdeksan vuotta aikaisemmin. Puhtaan metallisen uraanin erotti ensimmäisenä ranskalainen Peligot vuonna 1841. Jaksollisessa järjestelmässä uraanin järjestysnumero on 92, kemiallinen merkki U ja atomipaino 238. Sen sulamispiste on 1132 °C ja tiheys 19050 kg/m³. Uraani on myrkyllinen raskasmetalli.

Uraanin isotooppi ²³⁵U halkeaa, kun sen ydintä pommitetaan neutroneilla; tässä reaktiossa vapautuvaa energiaa käytetään hyväksi ydinvoimaloissa. Ydinreaktion aikaansaamiseksi on isotoopin ²³⁵U osuutta uraanissa kasvatettava suuremmaksi kuin luonnonuraanissa. Tätä isotooppista rikastamista kutsutaan väkevöimiseksi, ja 3-5 prosenttiseksi väkevöidystä uraanista valmistetaan kevytvesireaktoreissa (90 % ydinvoimalaitoksista) käytettävä polttoaine.

Suomen ydinvoimalat sijaitsevat Loviisassa ja Eurajoella.

 Perustietoa uraanista,  Esa Pohjolainen

 Recent uranium-related developments in Finland,  Esa Pohjolainen

 Materia-lehden artikkeli

Yhteyshenkilöt:
tutkimusjohtaja Pekka Nurmi (pekka.nurmigtk.fi)
viestintäjohtaja Marie-Louise Wiklund (marie-louise.wiklundgtk.fi)
geologi Olli Äikäs (olli.aikasgtk.fi)
geologi Esa Pohjolainen (esa.pohjolainengtk.fi)

Uraanimalmia Enon Paukkajanvaarasta. Keltainen mineraali uranofaania. Kuva: J.Väätäinen, GTK.