Uranium of uraan (IUPAC-naam)[1] is een chemisch element met symbool U en atoomnummer 92. Het is een metallisch grijs actinoïde en het element met de hoogste atoommassa dat van nature op aarde voorkomt. Natuurlijk uranium bestaat grotendeels uit de isotoop uranium-238 en voor 0,72% uit uranium-235. Bij verrijkt uranium is dit laatste percentage hoger, bij verarmd uranium lager.
Ontdekking
Uranium werd in 1789 ontdekt door de Duitse scheikundige Martin Heinrich Klaproth in het mineraal pekblende. Het element werd genoemd naar de planeet Uranus, die acht jaar eerder was ontdekt.
De zoektocht naar en ontginning van radioactieve ertsen begon in de Verenigde Staten aan het begin van de 20e eeuw. Er werden toen bronnen van radium gezocht, voor gebruik in lichtgevende verf voor wijzers in horloges en dergelijke. Radium werd gevonden in uraniumerts. In 1935 werd de belangrijkste uraniumisotoop, 235U, ontdekt door de Canadees-Amerikaanse natuurkundige Arthur Jeffrey Dempster. Uranium werd voor de defensie-industrie van belang gedurende de Tweede Wereldoorlog. In 1943 werd in Colorado uranium gewonnen voor het Manhattanproject. Uiteindelijk werd het meeste uranium voor het Manhattanproject en vooral voor de atoombom Little Boy geleverd door de Belgische regering in ballingschap, vanuit Belgisch-Congo. Er werd zelfs Duits uranium gebruikt dat was buitgemaakt op de onderzeeboot U-234.
Rond 1960 nam de behoefte aan militair uranium in de Verenigde Staten af door de nucleaire ontwapening. Tegelijkertijd kwam er meer behoefte aan uranium voor gebruik in kernreactoren.
Toepassingen
Verrijkt uranium wordt gebruikt in kernwapens en kernreactoren. Voor toepassingen van uranium waarbij het gehalte uranium-235 niet hoog hoeft te zijn, en juist bij voorkeur laag is, wordt verarmd uranium gebruikt, dat een bijproduct is bij het verrijken van uranium. Dit betreft, vanwege de hoge dichtheid van uranium, het gebruik als contragewicht in vliegtuigen (zie Bijlmerramp) en in munitie. Bovendien dient het als afschermingsmateriaal tegen ioniserende straling.[2] In Nederland is het gebruik van munitie met verarmd uranium op de oefenterreinen Vliehors en Noordvaarder sinds 1993 niet meer toegestaan. Wel wordt er nog verarmd uranium gebruikt voor de legering van Amerikaanse M1-tanks, omdat het door zijn hoge dichtheid moeilijk te doorboren is met kogels. Verarmd uranium vindt ook toepassing in antitankwapens. Het projectiel uit verarmd uranium doorboort het pantser. Het uranium brandt dan en verbruikt daarbij alle zuurstof binnen in de tank.
Opmerkelijke eigenschappen
Na raffinage is uranium een zilverwit, licht radioactief metaal dat iets zachter is dan staal. Het is buigzaam, vervormbaar, een beetje paramagnetisch en heeft een zeer hoge dichtheid; 65% dichter dan lood. Als fijn verdeeld poeder reageert uranium met koud water en bij aanwezigheid van zuurstof wordt het langzaamaan bedekt met een laagje uraniumoxide.
Uraniumhexafluoride (UF6) is een witte, vaste stof die al een damp vormt bij temperaturen boven 56 °C. Het wordt gebruikt bij het verrijkingsproces van uranium. Verrijkt uranium bevat naar verhouding meer uranium-235 en minder uranium-238 dan in natuurlijk uranium aanwezig is.
Voorkomen en productie
Uraniniet is het uraniumerts dat van nature het meest op aarde voorkomt. Het bestaat voornamelijk uit uraniumdioxide (UO2). Om uranium-235 te winnen, moeten grote hoeveelheden erts gedolven worden, want slechts 0,7% van al het uranium bestaat uit deze uraniumisotoop. Bij de mijn blijven in veel gevallen grote hoeveelheden radioactief afval en verzuurde modder achter.
Verder komt uranium voor in zeewater. De Nuclear Energy Agency schat dat er in totaal 4,5 miljard ton uranium in het zeewater is opgelost; dit is duizendmaal meer dan op land.[3] De winning hiervan stuit echter op grote technische en commerciële belemmeringen, mede door de zeer lage concentratie van ongeveer 3,3 delen uranium per miljard delen zeewater.
Op het land wordt in Kazachstan en Canada veel uranium gewonnen, gevolgd door Namibië, Australië, Oezbekistan, Niger, Rusland en Volksrepubliek China. Ook in Sudetenland in Tsjechië komt uranium voor. In februari 2003 werd uranium aangetroffen op 200 kilometer afstand van de stad Yazd in Iran.
In de periode 2015 tot en met 2025 schommelde de productie tussen de 54.000 en 63.000 ton uranium per jaar.[4] In 1990 was nog 55% van het uranium afkomstig uit ondergrondse mijnen, maar dit aandeel is gedaald naar 33% in 1999. Vanaf 2000 nam het aandeel weer toe, met name door de opening van Canadese mijnen. Door middel van in situ-productie, waarbij het uranium ondergronds wordt opgelost en opgepompt, werd in 2024 de helft van het wereldwijde uranium geproduceerd.[4]
In de jaren 1990 nam het aantal mijnbouwers sterk af door sluitingen, maar ook door fusies en overnames. Ongeveer de helft van de wereldwijde productie is afkomstig van staatsbedrijven. In 2024 hadden de vijf grootste bedrijven tezamen een aandeel van 69% in de wereldwijde productie.[4]
Een groot beursgenoteerd mijnbouwbedrijf met uraniummijnen is Cameco. Dit bedrijf is hoofdzakelijk actief in Canada en Kazachstan. Het heeft verder nog mijnen in de Verenigde Staten, maar die zijn sinds 2016 stilgelegd. Deze laatste kunnen wel weer in productie komen als de vraag naar uranium toeneemt.
| Bedrijf[4] | Productie (× ton uranium) |
Wereld markt- aandeel |
|---|---|---|
| Kazatomprom | 12.463 | 21% |
| Cameco | 10.193 | 17% |
| Orano | 6815 | 11% |
| CGN | 5761 | 10% |
| Uranium One | 5829 | 10% |
In Nederland varieert de concentratie van uranium in de bodem tussen 0,4 en 8 milligram per kg droge aarde.[5] In Zeeland zijn in de Formatie van Breda fosforietknollen aangetroffen die tot 300 ppm uranium bevatten.
Isotopen
Zie Isotopen van uranium voor het hoofdartikel over dit onderwerp.| Stabielste isotopen | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Iso | RA (%) | Halveringstijd | VV | VE (MeV) | VP |
| 233U | syn | 1,592×105 j | α | 4,909 | 229Th |
| 234U | 0,0055 | 2,455×105 j | α | 4,859 | 230Th |
| 235U | 0,720 | 7,038×108 j | α | 4,679 | 231Th |
| 236U | syn | 2,342×107 j | α | 4,572 | 232Th |
| 238U | 99,2745 | 4,468×109 j | α | 4,270 | 234Th |
De twee voornaamste uraniumisotopen die op aarde voorkomen, zijn uranium-235 en uranium-238. Uranium-235 is nodig voor zowel kernreactoren als kernwapens, doordat het de enige splijtbare isotoop is die op aarde in voldoende mate wordt gevonden. De atoomkern kan niet alleen spontaan splijten met, zoals de tabel laat zien, een halfwaardetijd van 700 miljoen jaar, maar is ook splijtbaar door inslag (neutronenvangst) van een thermisch neutron ("langzaam" neutron, met een snelheid van enkele km/s). De isotoop uranium-238 is ook belangrijk doordat deze neutronen absorbeert, waarbij het vervalt naar plutonium-239, dat ook splijtbaar is door thermische neutronen. Ook de kunstmatige isotoop uranium-233 is splijtbaar; deze wordt gevormd uit thorium-232 door middel van een neutronenbombardement.
Toxicologie en veiligheid
Uranium en verbindingen ervan zijn giftig. Bij blootstelling aan minder dan de dodelijke dosis bestaat er kans op schade aan de lever. Bij hogere doses kunnen ook andere organen onherstelbaar beschadigd raken. Daarnaast zijn alle uraniumisotopen radioactief en kunnen daardoor bij opeenhoping in het lichaam genetische schade aanrichten, die uiteindelijk kanker kan veroorzaken. Doordat uranium alleen alfastraling uitzendt, die niet door de huid dringt, is dit gevaar bij uranium dat zich buiten het lichaam bevindt niet aanwezig. In poedervorm is uranium brandbaar.
Splijtbaarheid en kettingreactie
Uranium was het eerste element waarvan ontdekt werd dat het splijtbaar is. Bij de vangst van een thermisch neutron verandert de atoomkern in een geëxciteerde toestand van uranium-236. Deze kern splitst zich onmiddellijk in twee kleinere atoomkernen, waarbij energie vrijkomt en bovendien nog meer neutronen. Dit zijn snelle neutronen die een snelheid van duizenden km/s hebben. Afhankelijk van de aanwezigheid van een dempend materiaal, een moderator, zal hun snelheid lager worden, waardoor ze meer kans maken om een andere atoomkern te splijten. Afhankelijk ook van factoren zoals hoeveelheid en concentratie van het uranium-235 en aan-/afwezigheid van stoffen die neutronen absorberen (zoals een regelstaaf) en de aanwezigheid van een neutronenreflector kan er een nucleaire kettingreactie plaatsvinden. Dit wordt toegepast in een kernreactor, waarin dan een continue gematigde kettingreactie optreedt. In een kernwapen treedt een explosieve kettingreactie op, indien de stof in een kritische hoeveelheid in de bom aanwezig is.
Zo'n twee miljard jaar geleden was de relatieve aanwezigheid van uranium-235 op aarde groter dan nu. Op sommige plaatsen was er zoveel van de stof aanwezig dat onder bijzondere omstandigheden een natuurlijke kettingreactie kon voorkomen. De enige plaatsen waarvan bekend is dat deze daar hebben plaatsgevonden, liggen in de omgeving van Oklo in Gabon. Gedurende enkele honderdduizenden jaren kwamen daar kettingreacties voor in cycli van 3 uur. Er was dan een periode van 30 minuten met een kettingreactie. Die stopte door het verdampen van het water dat als moderator werkte. Deze periode werd weer gevolgd door 2 uur en 30 minuten van afkoelen en instroom van koeler water, waarna opnieuw de kettingreactie op gang kwam.
Kernbrandstof
.jpg)
Uraniumerts wordt voor gebruik als kernbrandstof verwerkt tot yellowcake. Dit is een mengsel van voornamelijk uraniumoxiden.[6] Het bevat 70 tot 90 gewichtsprocent (U3O8) en andere uraniumverbindingen.
Zie ook
Externe links
- ↑ Bergmans, Nomenclatuur anorganische chemie. Geraadpleegd op 1 december 2025.
- ↑ Stralen zonder schade! Inspecties industriële radiografie 14. Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer (18 september 2009). Geraadpleegd op 23 maart 2011.
- ↑ (en) Extracting uranium from seawater as another source of nuclear fuel. American Chemical Society (23 december 2023). Geraadpleegd op 11 november 2025.
- 1 2 3 4 (en) World Uranium Mining Production. World Nuclear Association (23 september 2025). Geraadpleegd op 5 november 2025.
- ↑ Gezondheidsraad. Gezondheidsrisico's van blootstelling aan verarmd uranium. Een overzicht. Den Haag: Gezondheidsraad, 2001; publicatie nr 2001/13. ISBN 90-5549-376-7
- ↑ (en) Yellowcake. US NRC, update 9 maart 2021
· 
· 
· · 
