多くの人がウランという言葉を聞くと、きのこ雲、冷戦時代の対立、あるいはSFの光る緑色の棒を思い浮かべる。しかし、ウランは終末的な恐怖の燃料であるだけではない。現代のエネルギー、医学、地政学において重要な役割を果たす、驚くほど一般的な元素でもある。
ウランは2025年6月に再び世界の注目を集めた。米国が高濃縮ウランを保管していると考えられるイランの施設に軍事攻撃を開始したことで、核拡散に関する緊急の議論が再燃した。多くの見出しでイランの60%ウラン濃縮について言及されているが、それは実際には何を意味するのだろうか。
生化学者として、私はこのしばしば誤解される元素の謎を解くことに興味を持っている。
ウランとは何か
ウランは周期表の92番目の位置を占める放射性の金属元素である。放射能は自然のプロセスであり、ウラン、トリウム、ラジウムなどの一部の原子が自発的に崩壊し、エネルギーを放出する。
ドイツの化学者Martin Heinrich Klaprothが1789年にウランを最初に特定し、新しく発見された惑星天王星にちなんで命名した。しかし、その力が解き放たれたのは20世紀になってからであり、科学者たちがウラン原子が核分裂として知られるプロセスを通じて分裂できることを発見した時である。核分裂では、原子の核が2つ以上の核に分裂し、大量のエネルギーを放出する。
ウランはほぼどこにでも存在する。岩石、土壌、水の中にある。植物や動物にもウランの痕跡が存在する（ごく微量ではあるが）。その大部分は地殻に存在し、そこで採掘・濃縮されて、最も有用な放射性形態であるウラン235の量を増加させる。
濃縮のジレンマ
ウラン235はウランの同位体であり、同じ基本的アイデンティティを持ちながら、重量が多少異なる元素のバージョンである。同じ木から取れたリンゴを考えてみよう。大きいものもあれば小さいものもあるが、すべてリンゴである（重量が若干異なっていても）。基本的に、同位体は同じ元素だが質量が異なるものである。
未処理のウランは主にウラン238である。最も多くの核分裂を可能にする同位体であるウラン235を約0.7%しか含んでいない。そこで、濃縮プロセスがウラン235を濃縮する。
濃縮により、天然ウランには原子炉や兵器で良好に機能するのに十分なウラン235が含まれていないため、ウランを核兵器開発により有用にすることができる。このプロセスは通常3つのステップを含む。
遠心分離機がウランを回転させて同位体を分離する。
最初のステップは、ウランを六フッ化ウランと呼ばれるガスに変換することである。2番目のステップでは、ガスが非常に高速で回転する遠心分離機と呼ばれる機械に送り込まれる。ウラン235はウラン238よりも少し軽いため、回転時により遅く外側に移動し、2つの同位体が分離される。
これは、サラダスピナーが水をレタスから分離する方法に似ている。1回の回転ではそれほど違いは生まれないため、ウラン235が濃縮されるまで、ガスは一列に並んだ多くの遠心分離機を通して回転される。
ウランは通常、3%〜5%濃縮された時に原子力発電所を動かし、電力を生成することができる。これは、ウランの3%〜5%がウラン235であることを意味する。20%濃縮では、ウラン235は高濃縮ウランと見なされ、90%以上は兵器級ウランとして知られている。
濃縮レベルはウラン235とウラン238の割合に依存する。(Credit: Wikimedia Commons)
この高濃度は、他の同位体と比較して大量のエネルギーを放出する高速で制御されない連鎖反応を維持できるため、核兵器で機能する。
ウランの多様な力
多くの見出しがウランの軍事的可能性に焦点を当てているが、この元素は現代生活においても重要な役割を果たしている。低濃縮レベルでは、ウランが世界の電力の約10%を供給している。
米国では、多くの原子力発電所がウラン燃料で稼働し、炭素フリーエネルギーを生産している。さらに、一部のがん治療と診断画像技術がウランを活用して疾患を治療している。
濃縮ウランは原子力発電に使用される。(Credit: Raimond Spekking/Wikimedia Commons, CC BY-SA)
海軍技術では、原子力潜水艦と航空母艦が濃縮ウランに依存して、何年もの間静かに効率的に動作している。
ウランは二面性の物語である。古代の岩石から採取される鉱物でありながら、都市を照らすことも、地図から消し去ることもできる。これは冷戦やSFの遺物だけではない。現実であり、強力であり、世界的紛争からがん診療まで、エネルギーグリッドから国際外交まで、私たちの世界を形作っているのである。
結局のところ、真の力は元素から放出されるエネルギーだけにあるのではない。人々がそれをどのように使用することを選択するかにあるのである。
