Verarmd uranium of verarmd uraan is een afval- of bijproduct van de nucleaire industrie. Het ontstaat bij de opwerking van bestraalde kernreactorbrandstof, bij de fabricage van lichtverrijkt uranium voor de productie van kernreactorbrandstof en bij de fabricage van hoogverrijkt uranium voor gebruik in kernwapens.
Afvalproduct uit de kernenergiesector Uranium of uraan is een zwaar metaal. Het is chemisch toxisch en licht radioactief. Verarmd uranium bestaat vrijwel zuiver uit de isotoop 238U (99,79%). Deze isotoop heeft een heel lange halveringstijd van ongeveer 4,5 miljard jaar.
Bij vrijwel alle verrijkingsmethoden wordt 'natuurlijk uranium' (het concentraat uit uraanertsen) gebruikt in de vorm van uraanhexafluoride ('hex', UF6), een gasvormige verbinding. Het product dat daarbij ontstaat is verrijkt UF6 en het bijproduct is verarmd UF6 (D-UF6). Het verrijkte uranium wordt, nadat het is omgezet in een vaste verbinding, geschikt gemaakt voor gebruik als brandstof in een kernreactor, of voor kernwapens. Verarmd uranium, het bij- of afvalproduct, wordt vooral opgeslagen als UF6.Depleted UF6 Guide, U.S. Department of Energy, Environment Assessment Division De Verenigde Staten en Rusland beschikken over uitgestrekte opslagplaatsen vol met cilinders die UF6 bevatten.
Bij het verrijkingsproces wordt het gehalte aan splijtbaar materiaal 235U verminderd, vandaar verarmd. De percentages per massa en activiteit van de isotopen 234U, 235U en 238U waaruit verarmd uranium is samengesteld, kunnen variëren naargelang het verrijkte uranium wordt geproduceerd. 236U is een niet van nature voorkomende isotoop die in verarmd uranium kan voorkomen wanneer verarmd uranium afkomstig is van de opwerking van verbruikte brandstofelementen uit kernreactoren. Door deze opwerking is 236U potentieel besmet met sporen van andere radioactieve elementen.Chazel, Valérie; Houpert, Pascale; Paquet, François (2007): Characteristics, biokinetics and biological effects of depleted uranium, in Miller, Alexandra C.: Depleted uranium - properties, uses and health consequences, CRC Press, blz. 22-23,
Isotoop (Ci/g)µ Verarmd uranium per gewicht% (Ci/g)µ Natuurlijk uranium per gewicht% (Ci/g)µ 238U 0,333 0,332 0,331 236U 63,6 0,0001 0 235U 2,2 0,0044 0,051 234U 6200 0,093 0,310 Totaal 0,4295 0,692
Tabel: Vergelijking van de relatieve bijdrage van uraanisotopen (specifieke activiteit). In deze tabel is de bijdrage van de dochterproducten (die ontstaan door het radioactief verval) niet inbegrepen.
Het is onwaarschijnlijk dat 236U de radioactiviteit van zuiver verarmd uranium significant verhoogt. Indien 236U in verarmd uranium aanwezig is met een concentratie van 30 delen per miljoen, dan zouden er 3 microgram van 236U zitten in één gram verarmd uranium, wat voor 70 alfadeeltjes per seconde extra zorgt. Vergeleken met de meer dan 15 000 alfadeeltjes die per seconde worden uitgezonden door één gram onbesmet verarmd uranium, is deze extra radioactiviteit van 236U verwaarloosbaar.Gut, Anne; Vitale, Bruno (2002): Contribution au débat sur l'uranium appauvri, blz. 28 In tegenstelling tot uraan in erts of tot het van nature voorkomende uraan, is verarmd uranium een geconcentreerd product. De radioactiviteit van verarmd uranium is daardoor per massa-eenheid honderd keer zo hoog als van het uraan in erts.Makhijani, A. & Smith, B.(2004): Costs and Risks of Management and Disposal of Depleted Uranium from the National Enrichment Facility Proposed to be Built in Lea County New Mexico by LES, blz. 6 Daartegenover is verarmd uranium maar 0,6 keer zo radioactief als het industriële concentraat 'natuurlijk uranium'.
Opmerkelijke eigenschappen Na de omzetting van verarmd UF6 naar vast verarmd uranium heeft het metaal een zilverwitte kleur. Door rechtstreeks contact met de lucht oxideert het snel en verandert de kleur in zwart. Verarmd uranium smelt bij een temperatuur van 1132 °Celsius. Het bezit tevens zelfontbrandende eigenschappen. Zelfontbranding betekent dat het chemisch heel reactief is. In de vorm van poeder kan het reageren met de zuurstof in de lucht en spontaan ontbranden. Brandhaarden met verarmd uranium zijn heel moeilijk te doven.
Civiele toepassingen Terwijl verarmd uranium niet rechtstreeks in kernreactorbrandstof kan worden aangewend, kan het als een vruchtbaar materiaal in een kweekreactor worden gebruikt om plutonium-239 te vervaardigen. Als het plutonium eenmaal geëxtraheerd is, kan het vermengd worden met verarmd uranium teneinde MOX (mixed oxide) reactorbrandstof te maken (typisch 6% plutonium en 94% verarmd uranium).
Verarmd uranium kan met voor kernwapens geschikt hoogverrijkt uranium (HEU) worden vermengd om commerciële reactorbrandstof te produceren.
In tandporselein werd natuurlijk - en verarmd - uranium tot de vroege jaren 80 wijd en zijd gebruikt om een natuurlijke kleur en fluorescentie te verkrijgen van kunsttanden en delen van kronen.WISE Uranium Project . Radiation exposure from denture containing uranium, 18 augustus 2003.
Verarmd uranium wordt verder toegepast in:Gulflink Office of the Special Assistant to Gulf War Illnesses (2000): Environmental Exposure Report – Depleted Uranium in the Gulf (I), TAB E – Development of DU munitions, 3. Current uses of DU röntgenbuizen pigmenten chemische katalysators stralingsdetectie en afscherming tegen röntgen- en gammastraling bij medische en industriële toepassingen.U.S. Environmental Protection Agency (2006): Depleted Uranium Technical Brief, blz.26 Zo vindt verarmd uranium in vaste vorm toepassing als afschermingsmateriaal in de collimator van de onderzoeksdeeltjesversneller Varian 4/80. Ook worden technetiumgeneratoren afgeschermd met verarmd uranium. neutronendetectoren contragewicht in de staart van commerciële vliegtuigen zoals de DC-10, de KC-135 en de Boeing 747; vanaf 1981 werd het verarmd uranium van de contragewichten van de nieuwe Boeing 747 productielijn vervangen door wolfraam.[Boeing Company (2001): Depleted Uranium Counterweights, doc. RJ-028G, Safety, Health and Environmental Affairs (SHEA) Guide, blz.7] gyroscopen en andere elektromechanische balansgewichten kielen van zeilboten[Chazel, Valérie; Houpert, Pascale; Paquet, François (2007): Characteristics, biokinetics and biological effects of depleted uranium, in Miller, Alexandra C.: Depleted uranium, blz. 23] toestellen voor balans- en trillingsbeheersing (rol- en hoogteroeren) van vliegtuigen (zowel civiel als militair)World Information Service on Energy (2002): Radiation exposure from depleted uranium counterweights, WISE Uranium Project uiteinden van rotorbladen in bepaalde helikopters (Boeing-productielijn tot het jaar 1979) wanden van vaten voor kernsplijtingsafval van kerncentrales scheepscontainers voor afscherming van radio-isotopen, verbruikte kernbrandstofstaven en radioactief ziekenhuismateriaal. De hierboven genoemde toepassingen van verarmd uranium verbruiken maar een fractie van de grote voorraden van verarmd uranium.U.S. Environmental Protection Agency (2006): Depleted Uranium Technical Brief, blz. 27
Militaire toepassingen miniatuur|Munitie van verarmd uranium voor de A-10 Thunderbolt II. Maten in centimeter en inches.
Verarmd uranium vindt toepassing in bepantsering - onder meer van de Amerikaanse Abrams-tankRamachandra K. Bath (1999) Tank Automotive and Armaments and Army Materiel Command: Review of Transuranics (TRU) in Depleted Uranium (DU) Armor - en verder in pantserdoordringende projectielen.Global Security website: M829 120mm APFSDS-T Voor deze doeleinden is het heel geschikt doordat het een buitengewoon zwaar metaal is (soortelijke massa 19,1 Mg/m³; ter vergelijking: voor lood is dit 11,35 Mg/m³) waar zware projectielen van kunnen worden gemaakt die veel kinetische energie in een klein pakketje kunnen overbrengen. Het verarmd uranium in de door de VS gebruikte staafpenetrators (staafvormige kern in een projectiel) bevat nog 0,2% 235U en 0,0008% 234U. De penetrators die door het Pentagon worden gebruikt bestaan verder uit 0,75% titanium, 10% aluminium en 5% ijzer. De M86- en ADAM-landmijnen bevatten elk 0,101 gram verarmd uranium als katalysator voor de ontsteking.Global Security website: Pursuit Deterrent Munition (PDM)
Toxicologie en veiligheid Bewezen kankerverwekker bij de mens Verarmd uranium gedraagt zich chemisch en toxicologisch op dezelfde wijze als de metaalvorm van natuurlijk uranium. Sinds 2009 heeft het U.N. International Agency for Research on Cancer (IARC) alle radioactieve substanties (waaronder verarmd uranium) die alfadeeltjes uitzenden geklasseerd in de Groep 1-categorie van bewezen kankerverwekkers bij mensen.El Ghissassi, Fatiha, et al., World Health Organisation - International Agency for Research on Cancer Monograph Working Group (aug 2009): A review of human carcinogens - Part D: radiation, The Lancet Oncology vol. 10, nr. 8, blz. 751-752 In een persbericht uit 2001 wees het IARC er reeds op dat “de radioactiviteit van verarmd uranium hoofdzakelijk vervalt door de uitzending van alfadeeltjes die de huid van buitenaf niet kunnen doordringen, en dat, wanneer verarmd uranium ingeademd wordt of in het lichaam opgenomen wordt, de alfastraling interne lichaamscellen (die gevoeliger zijn voor de ioniserende effecten van alfastraling) kan aantasten. Blootstelling aan de alfa- en bètastraling van ingeademde onoplosbare deeltjes van verarmd uranium kan daardoor schade toebrengen aan longweefsel en de waarschijnlijkheid van longkanker doen toenemen. Overeenkomstig zorgt de absorptie in het bloed en het verblijf in andere organen, waaronder het skelet, voor een bijkomend risico op kanker in deze organen, afhankelijk van het niveau van stralingsblootstelling.”U.N. International Agency for Research on Cancer (jan 2001): Persbericht WHO-IARC nr. 133 Volgens een NAVO-handleiding uit 1992 hangt de aard van de effecten ingevolge inademing af van de chemische en fysische vorm van het verarmd uranium. "De inademing van onoplosbare vormen van uranium kan in de organische vloeistoffen een toestand bewerkstelligen waarin het radiologisch effect opweegt tegenover de chemische toxiciteit. Deze toestand is te wijten aan het potentieel schadelijke effect van alfastraling op de longweefsels." De auteurs wijzen erop dat "op de lange termijn het effect waarschijnlijk zwak zal zijn, maar niet helemaal verwaarloosbaar."[NAVO - Allied Ammunition Storage and Transportation Publication AC/258-D/425 Groupe d'Experts sur les Conditions de Sécurité dans le Transport et le Stockage des Munitions et des Explosifs Militaires (25.08.1992) Manuel sur les Principes de Sécurité OTAN applicable au Stockage des Munitions et Explosifs Militaires, Section IV Effets de l'exposition interne 2.8.4.2 Inhalation]
Besmettingsrisico is significant bij ontwikkeling van aerosolen Volgens professor Randall R. Parrish van het Britse NERC Isotope Geoscience Laboratory is bij mensen de aerosolblootstellingsroute van cruciaal belang voor de vaststelling van het gevaar voor de gezondheid. Blootstelling, via de ademhaling, aan relatief onoplosbare deeltjes van oxiden van verarmd uranium zou een potentieel lange-termijnreservoir vertegenwoordigen van interne alfa-vervalactiviteit die schade aan cellen kan veroorzaken. Hoewel aanzienlijke hoeveelheden van zowel oplosbaar als onoplosbaar (niet geconcentreerd) natuurlijk uranium regelmatig wordt opgenomen via voedsel of drank, wordt weinig van dit uranium geabsorbeerd in de bloedstroom.Parrish, Randall R., et al. (2008): Depleted uranium contamination by inhalation exposure and its detection after ~20 years: Implications for human health assessment, Science of The Total Environment vol. 390, nr. 1, blz. 59U.S. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (1999): Toxicological profile for uranium