ウラン

原子力発電

ウランは世界中の原子力発電所の主要な燃料であり、世界の発電量のおよそ10%を供給しています。天然ウランには0.7%のウラン235が含まれており、核分裂を起こす核分裂性の同位体です。ほとんどの原子炉では、六フッ化ウラン気体と遠心分離機カスケードを用いる複雑な工程によって、ウランを3～5%のU-235濃度まで濃縮する必要があります。

原子炉の種類と燃料サイクル

加圧水型原子炉（PWR）と沸騰水型原子炉（BWR）では、ジルコニウム合金製燃料棒に濃縮二酸化ウランのペレットを積み重ねて使用します。カナダ型重水炉（CANDU）のような先進的な原子炉は、重水減速材を使用するため天然ウランを利用できます。一方、高速増殖炉はウラン238をプルトニウム239へ変換でき、ウラン燃料の供給を実質的に60倍まで延ばせます。

燃料の再処理とリサイクル

使用済み核燃料には、未使用のウラン235と新たに生成されたプルトニウム239が相当量含まれています。核燃料の再処理によってこれらの物質を回収して再利用できますが、核拡散への懸念から、この慣行は国によって異なります。フランス、日本、英国は主要な再処理施設を運用している一方、米国は現在、将来の再処理に備えて使用済み燃料を保管しています。

軍事・防衛用途

高濃縮ウラン（U-235が90%超）は、核兵器や海軍原子炉の燃料に使用されます。原子力潜水艦や航空母艦は、再給油なしで数十年間運用できる兵器級ウラン燃料を使用しています。軍事用途に特有の要件により、強化された安全対策を備えた独立したウラン濃縮計画が推進されています。

宇宙・研究用途

ウランは、太陽光発電が不十分な深宇宙探査で使用される放射性同位体熱電気転換器（RTG）に電力を供給します。NASAのボイジャー探査機、火星探査車、外惑星探査ミッションは、長期的な発電のためにウラン238の放射性崩壊を利用しています。世界各地の研究炉では、医療用同位体の製造、材料研究、原子力科学者の訓練にウラン燃料が使用されています。

医療・産業用同位体

ウラン燃料を使用する原子炉は、テクネチウム99m（核医学処置の80%で使用）、甲状腺治療用のヨウ素131、がんの放射線治療用のコバルト60など、重要な医療用放射性同位体を製造します。産業用途には、油井検層、貨物検査システム、材料試験に用いるウランを動力源とする中性子源が含まれます。

特殊な産業用途

劣化ウラン（主にU-238）は、放射線遮蔽、航空機のカウンターウェイト、特殊合金に利用されています。高い密度（19.1 g/cm³）により、最小の空間に最大の質量を必要とする用途で価値があります。軍事用途には徹甲弾や戦車装甲が含まれますが、健康上の懸念から、これらの用途には議論があります。

新興技術

開発中の先進的な原子力技術には、小型モジュール炉（SMR）、トリウム・ウラン燃料サイクル、核融合・核分裂ハイブリッドシステムなどがあります。これらの技術は、安全性の向上、廃棄物の削減、気候変動への対応における原子力の役割の拡大を目指しながら、原子力エネルギーにおけるウランの中心的な重要性を維持するものです。

原子力発電

ウランの主な用途は、発電用の原子炉燃料です。世界中の440基を超える原子力発電炉が年間およそ65,000トンのウランを消費し、石炭25億トンを燃焼した場合に相当する、炭素を排出しない電力を生産しています。フランスのように、電力の70%を原子力で発電している国もあります。

海軍の原子力推進

原子力船は、再給油なしで数十年間運用できる高濃縮ウラン燃料を使用します。米国海軍は80隻を超える原子力潜水艦と11隻の航空母艦を運用しており、ロシア、中国、フランス、英国もウラン原子炉を動力とする原子力艦隊を維持しています。

研究・医療用途

ウラン燃料を使用する研究炉は、がん治療や診断画像に用いる医療用同位体を製造します。これらの原子炉は、材料研究、中性子放射化分析、原子核物理学の研究も支援します。世界中の大学や国立研究所では、教育と科学研究のためにウラン燃料研究炉を運用しています。

宇宙用電力システム

深宇宙探査では、太陽エネルギーが不十分な場合にウラン238の放射性同位体電源を使用します。これらのシステムは、木星、土星、冥王星などへの探査ミッションや、それより遠方の探査に電力を供給し、過酷な宇宙空間で数十年間にわたって安定した電力を提供してきました。

高密度用途

劣化ウランは、航空機のカウンターウェイト、医療施設の放射線遮蔽、最大の密度を必要とする特殊な産業用途に利用されています。その独特な性質により、取り扱いの難しさがあるにもかかわらず、特定の工学用途で価値があります。

世界のウラン鉱床

ウランは地殻中に平均2.7 ppmの濃度で天然に存在し、銀、水銀、カドミウムよりも豊富です。最大のウラン鉱床は、オーストラリア（世界埋蔵量の28%）、カザフスタン（15%）、カナダ（9%）、ロシア（8%）、ニジェール（7%）にあります。この5か国で世界のウラン資源の3分の2を超える量を保有しています。

主なウラン鉱物

最も重要なウラン鉱物には、ウラン鉱（二酸化ウランで、多くの鉱床における主要鉱石）、瀝青ウラン鉱（ウラン鉱の一種）、カルノー石（ウラン・バナジウム鉱物）、燐灰ウラン石（ウラン・リン酸塩鉱物）があります。これらの鉱物は、火成岩から堆積鉱床まで、さまざまな地質環境で形成されます。

採掘事業

ウラン採掘では、鉱床の特性に応じて複数の方法が用いられます。露天掘りは、カナダ北部の鉱床のような浅く高品位の鉱床に使用されます。地下採掘はより深い鉱床に到達するために行われ、原位置浸出（ISL）では、地下で浸出液を循環させて透水性の鉱体からウランを抽出します。この方法は世界のウラン生産量の50%超を占めています。

非在来型資源

ウランは海水中に3.3 ppbの濃度で存在し、約45億トンのウランに相当します。これは現在知られている陸上資源の1,000倍を超えます。日本などの国々は、特殊な吸着材料を使って海水からウランを抽出する技術を開発しており、事実上無限のウラン供給源となる可能性があります。

環境中の分布

天然ウランは、世界中の土壌、岩石、水にバックグラウンド濃度で存在しています。石炭には1～4 ppmのウランが含まれており、通常の運転時には、石炭の燃焼によって原子力発電所よりも多くのウランが環境中に放出されます。肥料に使用されるリン鉱石には、相当量のウランが含まれることがあります。

資源経済

既知のウラン資源は、現在の市場価格で約810万トンに達し、現在の消費率で130年以上分に相当します。価格が上昇すれば、低品位鉱石や非在来型資源など、追加の資源が経済的に採算の合うものとなり、供給を数百年間延ばせる可能性があります。