Uraanin kemiallinen merkki on U, ja sen järjestysluku (protonien lukumäärä ytimessä) on 92. Sen keskimääräinen atomimassa (protonit plus neutronit) on 238, ja se kirjoitetaan yleensä uraani-238. Alkuaine tunnistetaan sen järjestysluvun perusteella, joka ei koskaan muutu. Joidenkin alkuaineiden atomimassa ei kuitenkaan välttämättä ole vakio, koska sen neutronien määrä vaihtelee. Atomeja, joilla on tällaisia ominaisuuksia, kutsutaan isotoopeiksi. Luonnonuraanin tärkeimmät isotoopit ovat uraani-238 (99,3 %) ja uraani-235, josta uraani-235 on aktiivisin (0,7 %).

Uraani on aktinidien sarjaan kuuluva hopeanvalkoinen alkuaine, joka on noin 20 % tiheämpi kuin lyijy ja ainoa luonnossa esiintyvä halkeamiskelpoinen alkuaine maapallolla. Sitä esiintyy monissa mineraaleissa, ja sitä käytetään pääasiassa ydinenergian lähteenä fissioimalla radioisotooppi uraani 235.

Missä uraania esiintyy?

Uraania esiintyy monilla maankuoren alueilla. Uraani on yleisempää kuin tina, noin 40 kertaa yleisempää kuin hopea ja 500 kertaa yleisempää kuin kulta. Sitä esiintyy useimmissa kivissä ja sedimenteissä, merivedessä, pohjavesikerroksissa ja kuumissa lähteissä. Tavallisesti uraanin määrä tietyllä alueella on hyvin pieni, mutta jos tietyt geologiset olosuhteet ovat olemassa, uraani voi olla konsentroituneempaa ja sitä voidaan ottaa talteen taloudellisesti.

Energiaa uraanista

Jotkut isotoopit, kuten uraanin isotoopit, ovat epästabiileja ja vapauttavat atomihiukkasia hajotessaan vähemmän monimutkaisiksi muodoiksi. Tätä prosessia kutsutaan radioaktiivisuudeksi. Kun atomihiukkasten neutronit osuvat toisiin uraani-235-atomeihin, kukin atomi hajoaa, jolloin vapautuu lisää neutroneja ja lämpöä. Tämä toiminta, jota kutsutaan ydinfissioksi, on voima, joka ohjaa kaikkea nykyistä ydinenergiaa. Kun seoksessa on riittävästi uraani-235:tä, fissioprosessi voi ylläpitää itseään, tuottaa ketjureaktion ja vapauttaa valtavia määriä energiaa.

Fissioprosessin aikana rikastettu polttoaine saastuu yhä enemmän toiminnasta syntyvillä sivutuotteilla, mikä vähentää reaktioprosessin tehokkuutta. Jonkin ajan kuluttua tämä niin sanottu ”käytetty” polttoaine on korvattava uudella, rikastetulla materiaalilla. Ydinvoimalaitokset tarvitsevat uutta polttoainetta tyypillisesti noin neljän vuoden välein.

Luonnonuraani ei sisällä riittävästi uraani-235:tä fission aikaansaamiseksi. Siksi ydinvoimaloiden polttoaine on rikastettava luonnollisesta 0,7 %:sta noin 4,0 %:iin. Alhaisen rikastusasteen vuoksi tämä polttoaine ei voi räjähtää atomipommin tavoin (asekäyttöön tarkoitettu rikastusaste lähestyy 100 %. Ydinpolttoaine, uraanin yleisin käyttötapa, on hämmästyttävän tehokas puhtaan energian lähde sähköntuotantoon kaikkialla maailmassa. Yksi uraani 235 -atomi voi fissiossa vapauttaa 50 miljoonaa kertaa enemmän energiaa – noin 200 miljoonaa elektronivolttia – verrattuna yhden hiiliatomin palamiseen – noin 4 elektronivolttia. Kuten alla olevasta taulukosta käy ilmi, ydinenergia, jota käytetään rikastetulla uraanilla, ja vesivoima ovat vähähiilisiä peruskuormitusvaihtoehtoja sähkön tuottamiseksi.