Uran – grundämne (Z=92): isotoper, användningar och risker

Isotoper och naturlig förekomst

De tre naturliga isotoperna skiljer sig i antal neutroner i kärnan. I naturligt uran utgör uran-238 största delen (ungefär 99,27 %), uran-235 cirka 0,72 % och uran-234 kring 0,0055 %. Uran-235 är särskilt viktigt eftersom det är klyvbart och kan upprätthålla en kedjereaktion. U-235 och U-238 sönderfaller huvudsakligen genom alfa-sönderfall; deras halveringstider är mycket långa (U-238 ≈ 4,47 × 10^9 år, U-235 ≈ 7,04 × 10^8 år, U-234 ≈ 2,45 × 10^5 år), vilket gör uran till ett långlivat naturligt radioaktivt ämne.

Användningar

Uran-235 används i kärnreaktorer som bränsle och i kärnvapen för att skapa en kontrollerad eller okontrollerad kedjereaktion. När en uran-235-kärna klyvs bildas ofta två lättare kärnor (nya grundämnen med lägre atomnummer), neutroner och mycket värme — en process som kallas kärnklyvning. Den frigjorda värmeenergin används i kärnreaktorer för att producera ånga som driver turbiner och genererar elektricitet. I militära tillämpningar utnyttjas samma fysiska princip för att skapa explosioner.

Genom neutroninfångning i reaktorer omvandlas även uran-238 till tyngre transuraner, bland annat plutonium (särskilt plutonium-239), vilket kan användas som kärnbränsle eller i vapen. Utarmat uran, dvs. uran där andelen U-235 har minskats, är mindre radioaktivt än naturligt uran och används bland annat i pansarbrytande projektiler, motvikter i flygplan och i viss industriell utrustning på grund av dess höga densitet.

Historiskt har uran även använts som färgämne för färgat glas och keramik. Färgerna beror på olika uranoxider; detta var vanligt innan radioaktivitetens hälsorisker blev kända.

Fysiska och kemiska egenskaper

Som metall är uran silvervit och glänsande när den är nyytad, men reagerar lätt med syre och bildar oxidfilmer som ofta gör ytan mörk eller matt; malmen pitchblende är svart. Urans täthet är hög — det räknas till tungmetaller — och har flera oxidationstillstånd i kemiska föreningar (vanligast +4 och +6).

Hälsa, miljö och risker

Uran är radioaktivt och därför förenat med strålningsrisker. Dess radioaktivitet illustreras ofta med faretecknet för radioaktiva ämnen, tre böjda trianglar som pekar mot mitten (som i originalillustrationer). En del felaktiga föreställningar gör gällande att uran är grönt eller självlysande — det är inte sant. Rent uran är metalliskt och ljusfärgat; vissa uranföreningar kan däremot ge färgade glas eller pigment.

När bränslestavar från reaktorer förvaras under vatten kan de avge ett blått ljus, ett fenomen som kallas cherenkovstrålning, vilket inte betyder att materialet själv lyser i mörkret utan att laddade partiklar färdas snabbare än ljushastigheten i vatten och avger ljus.

Utöver den radioaktiva faran är uran också kemiskt giftigt på samma sätt som andra tunga metaller. Inandning eller intag av uranhaltigt stoft eller förorenat vatten kan skada njurar och andra organ. Dess sönderfallsserier ger dessutom upphov till andra radioaktiva dotterprodukter, exempelvis radium och radon (en radioaktiv gas som kan ackumuleras i byggnader) och som bidrar till långsiktiga hälsorisker.

Miljöeffekter och gruvdrift

Uranbrytning och hantering av gruvavfall (tailings) kan ge långlivade miljöproblem genom spridning av radioaktivt material och tunga metaller i mark och vatten. Rätt lagring, övervakning och återställning av gruvområden är viktiga åtgärder för att minska spridning och exponering. Naturligt förekommande uran i berggrund kan också påverka dricksvattenkällor om vatten passerar genom uranhaltiga formationer.

Säkerhet, reglering och avfallshantering

Hantering av uran och uranbaserade material styrs i de flesta länder av strikta regler för strålskydd, transporter och lagring. I kärnbränslecykeln måste använts bränsle hanteras som radioaktivt avfall eller slutförvaras i säkra anläggningar. Avfallens långlivade radioaktivitet kräver planering för säkert omhändertagande i mycket lång tid.

Sammanfattning

• Uran är en tung, radioaktiv metall med atomnummer 92 och flera naturliga isotoper.
• Uran-235 är användbart för kärnklyvning i reaktorer och vapen; uran-238 kan omvandlas till plutonium i reaktorer.
• Det är både radioaktivt och kemiskt giftigt, vilket kräver strikta säkerhetsåtgärder vid brytning, hantering och slutförvaring.
• Miljö- och hälsorisker från uran beror både på dess radiologiska egenskaper och dess egenskaper som tungmetall.