Uran og thorium

Kjernekraft utgjør omtrent 5% av verdens energiproduksjon, og råstoffene finner vi i energimineraler rike på uran (U) og thorium (Th).
Uraninitt fra Vegårdshei. Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.

Anriket (oppkonsentrert) uran er det eneste brenselet som i dag brukes ved kjernekraftproduksjon, til skjerming av høyaktivt brensel i reaktorer og til militære formål som høytetthetsprosjektiler.

Jordskorpa inneholder i gjennomsnitt 3-4 gram uran per tonn bergart. Uran inngår i mange bergarter, men det er vanligst å finne konsentrasjoner av uranmineraler i pegmatitter og umetamorfe sedimenter. Fordi uran er et av de mest mobile elementene under oksiderende forhold, vil det løses i vann under oksygen-rike forhold. Flere av verdens viktigste uranressurser sitter derfor i ganger og porøse sandsteiner hvor uran er felt ut fra vandige løsninger.

Bok som ble utgitt fra NGU i 1956.  Forordet starter med: "Denne lille boken er skrevet for dem som vil lete etter uran. Boken er ikke på noen måte uttømmende, dertil er emnet altfor stort og komplisert."
Bok som ble utgitt fra NGU i 1956.
Forordet starter med: "Denne
lille boken er skrevet for
dem som vil lete etter
uran. Boken er ikke på
noen måte uttømmende, dertil er
emnet altfor stort og komplisert." 

Kartlegging av uran i Norge ble utført av NGU på 1950- og 60-tallet, samt over en tiårsperiode fra midten av 1970-tallet. Undersøkelsene i den siste perioden ble startet på bakgrunn av et ønske om økt kunnskap om potensielle ressurser under Den kalde krigen. En periode hvor de globale ressursene var begrenset. Norske forekomster av uran har aldri vært drivverdige på grunn av lave markedspriser og miljøhensyn, men de er kartlagt av hensyn til risiko for helse og miljø. Datasettet var blant annet svært viktig for kartlegging av radioaktivt nedfall etter Tsjernobyl-ulykken i 1986.

I Norge finnes uran først og fremst i pegmatitter. Disse er knyttet dels til alkaline komplekser som rundt Langesundsfjorden, Sæteråsen nord for Larvik og ved Høgtuva i Nordland og dels til granittiske pegmatitter som man finner i grunnfjellsgneiser, blant annet i Iddefjord-området. Uran-mineraliseringer finnes også i granitter i de nordlige delene av Nordland, i karbonatitter (Fensfeltet i Telemark) og i enkelte metamorfe bergarter i Nordland, Troms og Finnmark.

Ytterligere informasjon om uran, uranprospektering og uranmineraliseringer i Norge kan blant annet finnes i NGU Skrifter nr 51 fra 1984.

Thorium (Th)

Thorium har blitt brukt til glødetråder i gasslamper og som belegg på ledninger i elektriske apparater. De fleste bruksområdene har sammenheng med høy smeltetemperatur. Sammen med zirkonium brukes thorium også til høytemperatur-keramikk, katalysatorer og sveiseelektroder. I prosesseringssammenheng anses thoriumets radioaktive stråling som en negativ egenskap, men det er nettopp strålingsegenskapene som gjør thorium aktuell for energiframstilling i kjernekraftverk. Thorium spalter ikke av seg selv som uran, men må bombarderes med nøytroner. En atomreaktor basert på thorium kan derfor ikke løpe løpsk på samme måte som en atomreakter basert på uran. En thoriumbasert reaktor vil heller ikke ha plutonium som avfallsprodukt. Plutonium er et svært radioaktivt element med lang halveringstid, noe som utgjør et stort miljøproblem.

Jordskorpa inneholder i gjennomsnitt 10-12 gram thorium per tonn bergart. Thorium kan både sitte i gitteret til mer vanlige mineraler og opptre i komplekse mineraler sammensatt av flere forskjellige grunnstoffer; både i oksider, silikater, karbonater, osv. De andre metallene i disse er ofte metaller som sjeldne jordartselementer (REE), uran (U), yttrium (Y) og niob (Nb). I magmatiske bergarter oppfører de seg likt, men i motsetning til uran er thorium ikke lett løselig i vann og blir sittende i klastiske tungmineralkorn når bergarter forvitrer. Dette medfører noe forenklet at viktige thoriumressurser i dag finnes i strandsand hvor tungmineraler har blitt anriket ved bølgeslagsvasking.

Innholdet av uran og thorium i mineralene gjør at strukturen i mineralet er ødelagt av den radioaktive strålingen, en prosess som kalles metamiktisering. Rene metaller kan ikke framstilles uten at mineralene løses opp i sterke syrer eller smeltes.

Det har ikke vært noen systematiske og landsdekkende prospekteringskampanjer etter thorium i Norge. Man vet likevel en del om grunnstoffet fordi det ofte opptrer sammen med uran og sjeldne jordarter (REE). Fra disse arbeidene sitter NGU inne med store mengder data, både geologiske, geofysiske og geokjemiske (analyse av thorium i fast fjell og forskjellige typer løsmasser). Dataene kan utnyttes og bearbeides til bruk spesifikt for thorium-prospektering.

Alt i 1894-1895 var thorium et "hot" mineral. Det var ettertraktet til bruk i glødelamper og gassbrennere som thoriumoksid på grunn av sitt hvite lys, og ble håndplukket fra pegmatitter i Langsundsområdet. Prisen lå den gang på 500 kr/kg (til sammenligning er dagens priser på pukk bulkvare gjennomsnittlig ca 50 kr/tonn). Da man fant ut at thorium også finnes i tungmineralet monazitt falt markedet ut for thorium-mineraler i Norge og interessen tok seg ikke opp igjen før det nylig ble i vinden i forbindelse med såkalt ren kjernekraft.

Fensfeltet er godt kjent geologisk sett og gjelder som en viktig Th-forekomst men arbeid for å fremstille et konsentrat for sjeldne jordarter fra Fensfeltet utført rundt 1970 var mislykket. REE-mineralene var så finkornige i bergarten at man kun greide å utvinne ca 50%, noe som gjorde mineraliseringen uøkonomisk. Om det samme gjelder for Th-førende mineraler er ikke kjent. Ved Sæteråsen i Hedrum kommune nord for Larvik er det boret etter zirkonium (Zr), Nb og REE. Alle prøvene er også analysert for thorium, og det er påvist et volum på 8 millioner tonn som i tillegg til de andre metallene også inneholder 0,05 % Th. Fensfeltet og Sæteråsen er trolig to av de ressursene som har størst potensiale.

Ellers finnes mineraliseringer med Th-holdige mineraler i Finnmark (Seiland og Stjernøy), Troms (Nabar-området og Kvænangen), Nordland (Høgtuva), Trøndelag (Blåfjellhatten og langs Møre-Trøndelagsforkastningen) og i Telemark (Bamble).

Grunnstoffet thorium ble oppdaget i Norge i 1828 i prøvemateriale samlet inn fra pegmatitter i området ved Langesundsfjorden, og er oppkalt etter guden Tor i norrøn mytologi. 

SEM-bilde av Nb-mineral med inneslutninger av thoriumførende mineraler (hvite prikker) i en karbonatitt.
SEM-bilde av Nb-mineral med inneslutninger av thoriumførende mineraler (hvite prikker) i en karbonatitt.