水素化ウラン(III)のソースを表示

{{Chembox
| Verifiedfields = changed
| verifiedrevid = 470619917
| OtherNames = Uranium(III) hydride<ref>{{cite book|author=Carl L. Yaws|title=Thermophysical properties of chemicals and hydrocarbons|url=https://books.google.co.jp/books?id=31O4upzTHQwC&pg=PA307&redir_esc=y&hl=ja|accessdate=11 October 2011|year=2008|publisher=William Andrew|isbn=978-0-8155-1596-8|pages=307–}}</ref><br />
Uranium trihydride<ref name=wib>{{cite book|author1=Egon Wiberg|author2=Nils Wiberg|author3=Arnold Frederick Holleman|title=Inorganic chemistry|url=https://books.google.co.jp/books?id=Mtth5g59dEIC&pg=PA239&redir_esc=y&hl=ja|accessdate=11 October 2011|year=2001|publisher=Academic Press|isbn=978-0-12-352651-9|pages=239–}}</ref><ref name=mor>{{cite book|author1=Gerd Meyer|author2=Lester R. Morss|title=Synthesis of lanthanide and actinide compounds|url=https://books.google.co.jp/books?id=bnS5elHL2w8C&pg=PA44&redir_esc=y&hl=ja|accessdate=11 October 2011|year=1991|publisher=Springer|isbn=978-0-7923-1018-1|pages=44–}}</ref><br />Hypouranous hydride
|Section1={{Chembox Identifiers
| CASNo = 13598-56-6
| CASNo_Ref = {{cascite|changed|??}}
| ChemSpiderID = 25935465
| ChemSpiderID_Ref = {{chemspidercite|correct|chemspider}}
| SMILES = [UH3]
| SMILES1 = [H-].[H-].[H-].[U+3]
| StdInChI = 1S/U.3H
| StdInChI_Ref = {{stdinchicite|changed|chemspider}}
| StdInChIKey = XOTGRWARRARRKM-UHFFFAOYSA-N
| StdInChIKey_Ref = {{stdinchicite|changed|chemspider}}
}}
|Section2={{Chembox Properties
| Formula = {{Chem|UH|3}}
| MolarMass = 241.05273 g mol<sup>−1</sup>
| Density = 10.95 g cm<sup>−3</sup>
| Solubility = 反応する
}}
|Section3={{Chembox Structure
| CrystalStruct = 立方晶、[[ピアソン記号|cP32]]
| SpaceGroup = Pm{{overbar|3}}n, No. 223
| LattConst_a = 664.3 pm<ref>{{cite journal|journal = Solid State Commun|year = 1985|volume = 53|pages = 423–426|title = Neutron diffraction study of b-UD3 AND b-UH3|authors = Bartscher W., Boeuf A., Caciuffo R., Fournier J.M., Kuhs W.F., Rebizant J., Rustichelli F|doi=10.1016/0038-1098(85)91000-2}}</ref>
}}
|Section5={{Chembox Hazards
| ExternalSDS = [http://www.ibilabs.com/Uranium%20Hydride-MSDS.htm ibilabs.com]
| FlashPt = 自己発火性
}}
}}

'''水素化ウラン(III)''' または'''三水素化ウラン''' (UH<sub>3</sub>) は[[ウラン]]と[[水素]]の[[化合物]]である。

== 性質 ==
水素化ウランは灰褐色から黒褐色の粉末または脆い固体で、強い毒性を持ち[[自然発火性物質|自己発火性]]がある。密度は20 ℃において 10.95 で、ウラン単体（19.1）よりも小さい。金属性導電体で、[[塩酸]]にはわずかに溶け、[[硝酸]]中では分解する。

立方晶であるが温度により結晶構造が変わり、低温で成長させるとα相、250 ℃以上で成長させるとβ相となる<ref name="EncyChem782">{{Cite book|title = The Encyclopedia of the Chemical Elements|chapter = Uranium|year = 1968|author = [[グレン・シーボーグ|Glenn T. Seaborg]]|publisher = Reinhold Book Corporation|location = [[:en:Skokie, Illinois|Skokie, Illinois]]|page = 782|id = LCCCN 68-29938}}</ref>。いずれも室温では準安定となるが、α相を100 ℃に加熱するとゆっくりとβ相に変化する<ref name="mor">{{cite book|author1=Gerd Meyer|author2=Lester R. Morss|title=Synthesis of lanthanide and actinide compounds|url=https://books.google.co.jp/books?id=bnS5elHL2w8C&pg=PA44&redir_esc=y&hl=ja|accessdate=11 October 2011|year=1991|publisher=Springer|isbn=978-0-7923-1018-1|pages=44–}}</ref>。α相、β相とも180 K以下で[[強磁性]]をもち、180 K以上では常磁性となる<ref>{{Cite book|author = K. H. J. Buschow|title = Concise encyclopedia of magnetic and superconducting materials|url = https://books.google.co.jp/books?id=N9mvytGEBtwC&pg=PA901&redir_esc=y&hl=ja|accessdate = 11 October 2011|year = 2005|publisher = Elsevier|isbn = 978-0-08-044586-1|pages = 901–}}</ref>。

== 生成 ==
=== 水素との反応 ===
金属ウランを水素雰囲気中に置くと[[水素脆化]]を起こす。水素はウランの金属結晶内部に拡散し、[[結晶粒界]]を超えて脆い水素化物を生成する。[[真空]]中で[[焼きなまし]]を行うことで水素を除去し、[[展延性|延性]]を回復させることができる<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=eSAkBkAZ-J4C&pg=PA232&redir_esc=y&hl=ja|title = Plasma and high frequency processes for obtaining and processing materials in the nuclear fuel cycle|publisher = Nova Publishers|year = 2003|isbn = 1-59033-009-9|page = 232|author = I. N. Toumanov|accessdate = 2010-02-07}}</ref>。

金属ウランと水素を250〜300 ℃で反応させると水素化ウランが生成する。さらに500 ℃まで加熱すると水素とウランに分解する。この性質により、水素化ウランは、ウラン[[炭化物]]、[[窒化物]]、[[ハロゲン化物]]と同様に反応性の高いウラン粉末を得る際の出発物質として有用である。この可逆反応は以下の式で表される<ref name="wib">{{cite book|author1=Egon Wiberg|author2=Nils Wiberg|author3=Arnold Frederick Holleman|title=Inorganic chemistry|url=https://books.google.co.jp/books?id=Mtth5g59dEIC&pg=PA239&redir_esc=y&hl=ja|accessdate=11 October 2011|year=2001|publisher=Academic Press|isbn=978-0-12-352651-9|pages=239–}}</ref>。
: <chem>{2U} + {3H2}\ \rightleftarrows\ {2UH3}</chem>
水素化ウランは侵入型化合物（金属原子の格子間に非金属原子やイオンが位置する化合物）ではないので、ウランは水素化によって膨張する。結晶格子はウラン原子の周りを6個のウラン原子と12個の水素原子が囲んだ形をしており、水素原子は格子中に大きな四面体状の空間を占めている<ref name="google1">{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=u0ZdEdgLlP0C&pg=PA789&redir_esc=y&hl=ja|title = Text Book Of Inorganic Chemistry|author = Amit Arora|page = 789|publisher = Discovery Publishing House|year = 2005|isbn = 81-8356-013-X|accessdate = 2010-02-07}}</ref> 。水素化ウラン中の水素密度は水や[[液体水素]]とほぼ同じである<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=VW7Nl0L0GeoC&pg=PA393&redir_esc=y&hl=ja|title = Alternative Energy Systems in Building Design (GreenSource Books)|author = Peter Gevorkian|page = 393|publisher = McGraw Hill Professional|year = 2009|isbn = 0-07-162147-4|accessdate = 2010-02-07}}</ref> 。結晶中では水素を介した U-H-U 結合が存在している<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=0l3bYxwBWMcC&pg=PA218&redir_esc=y&hl=ja|title = Environmental Pollution|author = G. Singh|publisher = Discovery Publishing House|year = 2007|isbn = 81-8356-241-8|accessdate = 2010-02-07}}</ref>。

=== 水との反応 ===
水素化ウランは金属ウランと水との反応（例えば[[マグノックス炉]]（訳注：燃料は金属ウランである）における核燃料の腐食）でも生じる。この反応は、以下の式で表される。
: <chem>{7U} + {6H2O} -> {3UO2} + 4UH3</chem>
水素化ウランは自己発火性を持つので、水素化ウランが付着した金属（例えば破損した[[燃料棒]]）が空気に触れると高熱が発生して金属ウランが燃え出す場合がある<ref>{{Cite journal|url = https://books.google.co.jp/books?id=bAwAAAAAMBAJ&pg=PA49&redir_esc=y&hl=ja|page = 49|title = Rust never sleeps|journal = Bulletin of the Atomic Scientists|publisher = Books.google.com|year = 1994|accessdate = 2010-02-07|volume = 50|issue = 5}}</ref>。このため、水素化ウランを[[ヘリウム]]98%・[[酸素]]2%の混合気体中において[[不動態|不動態化]]させなければならない<ref>{{Cite web|url = http://teton.if.uidaho.edu/emsp/overviewflowviz.html|title = EMSP|publisher = Teton.if.uidaho.edu|date = |accessdate = 2010-02-07}}</ref>。また、金属ウランに結露が生じると、そこから水素と水素化ウランが生成する。貧酸素状態では表面に自己発火性の被膜が生じやすい<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=hcPYAAANpGYC&pg=PT16&redir_esc=y&hl=ja|title = Advanced nuclear fuel cycles and radioactive waste management|page = 176|author = OECD Nuclear Energy Agency|publisher = OECD Publishing|year = 2006|isbn = 92-64-02485-9|accessdate = 2010-02-07}}</ref>。これは使用済み燃料プールで[[使用済み核燃料]]を保管する際に大きな問題となる。水素化物粒子の大きさや分布によって、自己発火が生じるまでの時間が変わってくる<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=CrIz5k3ALv8C&pg=PA197&redir_esc=y&hl=ja|title = Stabilisation/Solidification Treatment and Remediation: Proceedings of the International Conference on Stabilisation/Solidification Treatment and Remediation, 12–13 April 2005, Cambridge, UK|author = Abir Al-Tabbaa, J. A. Stegemann|page = 197|publisher = Taylor & Francis|year = 2005|isbn = 0-415-37460-X|accessdate = 2010-02-07}}</ref>ため、放射性廃棄物保管施設で燃料デブリが自然発火する恐れがある<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=UWURYnLlQzQC&pg=PA278&redir_esc=y&hl=ja|page = 278|title = International Conference on Nuclear Decom 2001: ensuring safe, secure and successful decommissioning : 16–18 October 2001 Commonwealth Conference and Events Centre, London UK, Issue 8|publisher = John Wiley and Sons|year = 2001|accessdate = 2010-02-07|isbn = 1-86058-329-6}}</ref>。

金属ウランに蒸気をあてると水素化ウランと酸化ウラン(IV)が生じる<ref name="google1">{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=u0ZdEdgLlP0C&pg=PA789&redir_esc=y&hl=ja|title = Text Book Of Inorganic Chemistry|author = Amit Arora|page = 789|publisher = Discovery Publishing House|year = 2005|isbn = 81-8356-013-X|accessdate = 2010-02-07}}</ref>。

水素化ウランは水に触れると水素を発生する。また、強力な[[酸化剤]]に触れると発火・爆発することがある。特に[[有機ハロゲン化合物]]とは激しく反応する<ref>{{Cite web|url = http://www.osha.gov/SLTC/healthguidelines/uraniuminsolublecompounds/recognition.html|title = Uranium & Insoluble Compounds|publisher = Osha.gov|date = |accessdate = 2010-02-07}}</ref>。

== その他の化学反応 ==
[[ポリスチレン]]含浸水素化ウラン粉末には自己発火性がなく圧縮も可能であるが、水素-炭素比が好ましくないことから、代わりに水素添加ポリスチレンが1944年に開発された<ref name="critas">{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=KoTve97yYB8C&pg=PA211&redir_esc=y&hl=ja|title = Critical Assembly: A Technical History of Los Alamos During the Oppenheimer Years, 1943–1945|isbn = 0-521-54117-4|publisher = Cambridge University Press|year = 2004|author = Lillian Hoddeson|page = 211|accessdate = 2010-02-07|display-authors = etal}}</ref>。

重水素化ウランは{{仮リンク|中性子点火器|en|neutron initiators}}の設計に利用できるといわれている。

{{仮リンク|水素減速自己制御原子力モジュール|en|Hydrogen-moderated self-regulating nuclear power module}}の[[核燃料|燃料]] 兼 [[減速材]]としてウラン235を5%に[[濃縮ウラン|濃縮]]した水素化ウランを用いるという設計が提案されている。特許出願書類によれば、十分な温度・圧力にした水素ガスを粒状の金属ウランでできた炉心に通じることで水素化ウランが生成し、電力が発生するという<ref name="USPatApp11804450">{{Cite web|url = https://www.google.com/patents?id=_WGoAAAAEBAJ&zoom=4&pg=PA1|title = Patent Application 11/804450: Self-regulating nuclear power module|last = Peterson|first = Otis G.|date = 2008-03-20|work = United States Patent Application Publication|publisher = United States Patent and Trademark Office, Federal Government of the United States, Washington, DC, USA|accessdate = 2009-09-05}}</ref>。この設計では水素化ウランは核燃料としても減速材としても働く。すなわち、水素化ウラン235が核燃料として働き、他の水素化ウランが核分裂反応を持続できる程度に中性子を減速する。いったん臨界に達すると約800 ℃になるまで動作するが、そこで減速材である水素化ウランが熱分解しはじめるため中性子が減速されなくなり核分裂反応が止まる。すると温度が下がるため再び水素とウランが化合して水素化ウランが生成しはじめ、中性子が減速されて核分裂反応が再開される。このような仕組みにより自己制御性を持つとされる<ref name="USPatApp11804450">{{Cite web|url = https://www.google.com/patents?id=_WGoAAAAEBAJ&zoom=4&pg=PA1|title = Patent Application 11/804450: Self-regulating nuclear power module|last = Peterson|first = Otis G.|date = 2008-03-20|work = United States Patent Application Publication|publisher = United States Patent and Trademark Office, Federal Government of the United States, Washington, DC, USA|accessdate = 2009-09-05}}</ref>、

'''水素化ウランジルコニウム''' (UZrH) はウランと[[ジルコニウム]]の複水素化物で、小型研究用原子炉[[TRIGA]] の燃料 兼 減速材として利用されている。

水素化ウランを[[ジボラン]]と共に加熱すると[[ホウ化ウラン]]が生成する<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=qi0vujzNSz4C&pg=PA235&redir_esc=y&hl=ja|title = Advances in inorganic chemistry and radiochemistry|volume = 16|author = [[:en:Harry Julius Emeléus|Harry Julius Emeléus]]|page = 235|publisher = Academic Press|year = 1974|isbn = 0-12-023616-8|accessdate = 2010-02-07}}</ref> 。また、[[臭素]]ととも300 ℃に加熱すると臭化ウラン(IV)が生成し、[[塩素]]と共に250 ℃に加熱すると[[塩化ウラン(IV)]]となる。[[フッ化水素]]とは20 ℃でも反応して[[四フッ化ウラン]]となる。一方、[[塩化水素]]や[[臭化水素]]、[[ヨウ化水素]]とは300 ℃で反応して[[塩化ウラン(III)]]、臭化ウラン(III)、[[ヨウ化ウラン(III)]]となる。[[アンモニア]]とは250 ℃で反応して窒化ウラン(III)となる。[[硫化水素]]とは250 ℃で反応して硫化ウラン(IV)となる。[[酸素]]とは20 ℃で反応して[[八酸化三ウラン]]となり、水と350 ℃で反応して[[酸化ウラン(IV)]]となる<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=SvAbtU6XvzgC&pg=PT12&redir_esc=y&hl=ja|title = Lanthanide and actinide chemistry|author = Simon Cotton|page = 170|publisher = John Wiley and Sons|year = 2006|isbn = 0-470-01006-1|accessdate = 2010-02-07}}</ref>。

[[質量分析法|質量分析]]を行う際、水素化ウランによって質量数239にピークが現れることがあり、[[プルトニウム239]]と誤認されることがある<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=W3FnEOg8tS4C&pg=PA243&redir_esc=y&hl=ja|title = Nuclear forensic analysis|author = Kenton James Moody, Ian D. Hutcheon, Patrick M. Grant|page = 243|publisher = CRC Press|year = 2005|isbn = 0-8493-1513-1|accessdate = 2010-02-07}}</ref>。

== 歴史 ==
水素化ウランはウランの[[臨界量]]を決定するための実験群（[[リチャード・P・ファインマン]]は "tickling the dragon's tail"、「竜の尾をくすぐるようなもの」と呼んで批判していた）で利用された（ここで使われたのが[[デーモン・コア]]である）<ref>{{Cite web|url = http://www.mphpa.org/classic/LA/Photo-Pages-2/LAP-217.htm|title = Photo – Tickling the Dragon's Tail|publisher = Mphpa.org|date = 2005-08-03|accessdate = 2010-02-07}}</ref>。

水素化ウランおよび重水素化ウランは[[水素化ウラン爆弾]]の[[核分裂性物質|核分裂物質]]として検討され、[[マンハッタン計画]]初期の1943年には有望な素材と考えられていたが、1944年春には非効率であるとして放棄されていた。1953年に[[アップショット・ノットホール作戦]]において実験が行われたが失敗に終わっている<ref>{{Cite journal|url = https://books.google.co.jp/books?id=VAwAAAAAMBAJ&pg=PA2&redir_esc=y&hl=ja|page = 2|title = Lying well|journal = Bulletin of the Atomic Scientists|publisher = Books.google.com|date = July 1994|accessdate = 2010-02-07|volume = 50|issue = 4}}</ref>。

== 用途 ==
水素、[[重水素]]、[[三重水素]]をいったんウランと反応させて水素化/重水素化/三重水素化ウランとしたのち、熱分解させることで高純度化させることが行われており<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=MYCBJIKpC2gC&pg=PA104&redir_esc=y&hl=ja|title = Thermophysical properties of lithium hydride, deuteride, and tritide and of their solutions with lithium|page = 104|publisher = Springer|year = 1987|isbn = 0-88318-532-6|author = E. E. Shpil'rain|accessdate = 2010-02-07}}</ref>、超高純度水素を得る手法として何十年にも渡って利用されている<ref>{{Cite book|url = https://books.google.co.jp/books?id=Na8jRpkPffkC&pg=PA263&redir_esc=y&hl=ja|page = 264|title = Hydrogen energy system: production and utilization of hydrogen and future aspects|publisher = Springer|year = 1995|accessdate = 2010-02-07|isbn = 0-7923-3601-1|author = Yuda Yürüm}}</ref>。水素化ウランの熱分解は真空装置内に水素を導入するのに非常に便利な手法である<ref>{{Cite book||url = https://books.google.co.jp/books?id=yBmnnaODnHgC&pg=PA121&redir_esc=y&hl=ja|title = Handbook of electron tube and vacuum techniques|author = Fred Rosebury|page = 121|publisher = Springer|year = 1992|isbn = 1-56396-121-0|accessdate = 2010-02-07}}</ref>。ウランが水素化ウランとなる際に膨張し、しかも脆く砕けやすくなることから、超高純度のウラン微粉末を製造する際には水素化ウラン粉末を熱分解する方法が用いられる。水素化ウランは水素の同位体分離にも利用できる。この場合は金属ウラン粉末を[[還元剤]]として用いる。

== 脚注 ==
{{Reflist}}

{{ウランの化合物}}
{{デフォルトソート:すいそかうらん 3}}

[[Category:核燃料]]
[[Category:核物質]]
[[Category:還元剤]]
[[Category:ウラン]]
[[Category:ウランの化合物]]
[[Category:減速材]]