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2017-01-12 15:55:52

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우라늄[uranium]

은백색의 악티노이드에 속하는 금속원소. 원소기호 U, 원자번호 92, 원자량 238. 0289. 녹는점 1133℃. 밀도 19.05g/cm3(25 ℃). 668℃ 이하에서는 사방정, 668～775℃에서는 정방정, 775℃ 이상에서는 체심입방정이다. 우라늄을 주성분 또는 부성분으로 하는 광물의 종류에는 여러 가지가 있으나, 1차광물로서 광맥형광상으로 산출하는 것에 섬우라늄석(UO2), 역청우라늄석(pitchblend∶UO2계), 브란넬석((U, Ca, Fe, Th, Y)3Ti15O16) 등이 있고, 풍화․용출한 후 재석출한 2차광물로서는 카노타이트(K2O․2UO2․V2O5․8H2O), 우라노페인(Ca(UO2)2․(V2O5)․5～8.5H2O), 인동우라늄석(CuO․2UO3․P2O5․8H2O), 인회우라늄석(CaO․2UO3․P2O5․8H2O) 등이 있다. 주요한 자원보유국은 호주, 카자흐스탄, 캐나다, 미국, 남아프리카로, 이 5개국에서 세계 전체의 3/4를 차지하고 있다. 또 지각 속에는 2.7ppm, 해수 속에는 3μg/l 포함되는 비교적 존재비가 큰 원소이다.

우라늄은 열중성자에 의해 원자핵이 분열하는 것이 처음으로 발견된 물질이다. 그러나 열중성자로 핵분열하는 것은 천연우라늄 속에 존재하는 비율이 0.72%인 235U이고, 천연우라늄의 대부분(99.27%)을 차지하는 238U는 열중성자에서는 핵분열하지 않는다. 우라늄은 α붕괴를 하는 방사성원소로 화학반응성이 강하고, 금속분말은 다른 활성금속과 마찬가지로 공기 속에서 자연발화한다.

사방정의 α상은 이방성(異方性)이 크고, 핵분열을 일으키면 [0 1 0] 방향으로 신장, [1 0 0] 방향으로 수축함으로써 변형을 일으킨다(조사성장). 열팽창계수에 이방성이 있기 때문에, α상의 범위에서도 열사이클을 부여하면 성장이 일어난다(열사이클성장). 이것은 핵연료로서 금속우라늄을 사용하는 경우의 큰 문제로서, 이것을 방지하기 위해 β담금질, α소둔에 의해 랜덤한 미세립조직으로 하는 것이 이루어지고 있다. 또 고속로(高速爐) 등에서는 합금화에 따라 등방적인 γ상을 안정화시켜서 사용하는 경우도 있다.

금속우라늄을 핵연료로 사용하는 원자로는 영국에서 여러 개 가동하고 있는 탄산가스냉각로를 제외하고 대부분 없어졌다. 최근의 동력로(動力爐)에서는 등방적(면심입방정)인 UO2의 펠릿을 지르코늄기합금인 지르칼로이의 피복관에 넣어 사용하는 경수로가 주류이다.