Uraani - ydinvoiman energiametalli

Uraani on raskain luonnossa esiintyvä alkuaine ja sen kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia. Se on syntynyt aikoinaan tähtien supernovaräjähdyksissä ja neutronitähtien törmäyksissä neutronisieppauksen kautta. Uraania oli mukana pieninä pitoisuuksina kaasu- ja pölypilvessä, josta aurinkokunta muodostui noin 4,6 miljardia vuotta sitten. Uraanin määrä maapallolla on aikojen saatossa vähentynyt merkittävästi, koska se hajoaa radioaktiivisesti muiksi alkuaineiksi. Uraanin, toriumin ja kaliumin radioaktiivisen hajoamisen tuottama lämpöenergia on maapallon sisäisen lämpöenergian tärkein lähde. Tämän lämmön purkautuminen kohti maapallon pintaa on merkittävässä roolissa geologisissa prosesseissa ja laattatektoniikassa.

Uraani on lähinnä suuren varauksensa vuoksi ns. sopeutumaton alkuaine eli maankuoren kivien osittain sulaessa se rikastuu voimakkaasti muodostuvaan sulaan. Maan vaipan yläosa ja kuori ovat aikojen saatossa toistuvasti sulaneet osittain ja tuottaneet mantereista kuorta, joten uraani on erottunut tehokkaasti ja rikastunut mantereiseen yläkuoreen. Mantereinen kuori sisältääkin nykyään arviolta puolet maapallon kaikesta uraanista. Uraanin keskimääräinen pitoisuus mantereisessa kuoressa on 1,4 ppm (0,00014 %) ja mantereisessa yläkuoressa 2,8 ppm (0,00028 %). Uraniniitti on yleisin maankuoren uraanimineraali, lisäksi alkuaine esiintyy pieninä pitoisuuksina mm. monatsiitissa ja zirkonissa.

Suomen kallioperän U-pitoisuus (2 ppm) vastaa maapallon mantereisen yläkuoren keskimääräistä U-pitoisuutta (2,8 ppm). Suomessa on kuitenkin kivilajeja (mm. graniitti), jotka sisältävät keskimääräistä enemmän uraania. Suomen kallioperä on monivaiheisten geologisten prosessien lopputulos ja muokkautunut useassa eri vaiheessa, joten uraani on paikoitellen rikastunut useassa vaiheessa, jolloin lopputuloksena on paikoin uraania enemmän sisältäviä kivilajeja ja alueita. Kallioperän uraanipitoisuuden vaihtelu korreloi kivilajivaihtelun kanssa, mikä heijastuu myös päällä olevaan maaperään ja alueen pohjaveteen. Suomessa kallioperän uraanipitoisuus on korkein Etelä-Suomen graniittialueilla (keskimäärin 3 ppm).

Luonnon radionuklideista yli puolet kuuluu uraanin ja toriumin hajoamissarjoihin. Luonnossa esiintyvä uraani koostuu kolmesta isotoopista: U-238 (99,27 %), U-235 (0,72 %) ja U-234 (0,0057 %). Uraani on epästabiili, koska sillä on liian raskas atomiydin ja alfahajoamisen kautta se pyrkii kohti stabiilimpaa tilaa. Uraanin radioaktiivinen hajoaminen koostuu kahdesta erillisestä hajoamissarjasta, joiden kantanuklideina ovat U-238 ja U-235.

Terveydelle haitalliset säteilyvaikutukset liittyvät ensisijaisesti uraanin hajoamissarjaan kuuluviin radioaktiivisiin tytärnuklideihin: radon (Rn-222), radium (Ra-226), lyijy (Pb-210) ja polonium (Po-210). Suomalaisen keskimääräinen säteilyannos on noin 3,2 millisievertiä vuodessa. Noin puolet tästä annoksesta aiheutuu sisäilman radonista. Lisäksi luonnon taustasäteilystä aiheutuu keskimäärin 30 % ja säteilyn käytöstä terveydenhuollossa noin 15 % vuosittain. Uraani on kemiallisesti myrkyllinen raskasmetalli ja suurina annoksina haitallinen etenkin munuaisille. Uraanin kemiallisen myrkyllisyyden terveydelliset riskit ovat sen säteilyriskejä suuremmat.

arrow Perustietoa uraanista, Esa Pohjolainen

Yhteyshenkilöt:
Johtaja (tieteellinen tutkimus) Pekka Nurmi (pekka.nurmi_gtk.fi)
Geologi Esa Pohjolainen (esa.pohjolainen_gtk.fi)

 
 

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

 

Lisätietoa

arrow Suomen kallioperän uraanipitoisuudesta, selvitys 2010 (pdf)
arrow Ydinvoimalat

 

Aihepiiristä muualla

Tukes
TEM: Ydinenergia
Euratom Supply Agency (englanninkielinen)
STUK - Säteilyturvakeskus
STUK: Ydinturvallisuus (voimalaitokset, jätteet)
Suomen Atomiteknillinen seura (esitelmiä ja raportteja)
Energiateollisuus: Ydinvoima