Jelaskan Senjata nuklir dari Uranium-238

Sebagian besar senjata nuklir modern menggunakan 238U sebagai bahan "tamper" (lihat desain senjata nuklir). Sebuah tamper yang mengelilingi inti fisil bekerja untuk memantulkan neutron dan menambahkan inersia pada kompresi muatan 239Pu. Dengan demikian, ini meningkatkan efisiensi senjata dan mengurangi massa kritis yang dibutuhkan. Dalam kasus senjata termonuklir, 238U

dapat digunakan untuk membungkus bahan bakar fusi, fluks tinggi neutron yang sangat energik dari reaksi fusi menyebabkan inti 238U terbelah dan menambahkan lebih banyak energi ke "hasil" senjata. Senjata semacam ini disebut sebagai senjata fisi-fusi-fisi setelah urutan di mana setiap reaksi terjadi. Contoh senjata semacam ini adalah Castle Bravo.

Porsi yang lebih besar dari hasil ledakan total dalam desain ini berasal dari tahap fisi akhir yang dipicu oleh 238U, menghasilkan sejumlah besar produk fisi radioaktif. Misalnya, diperkirakan 77% dari hasil 10,4 megaton dari uji termonuklir Ivy Mike pada tahun 1952 berasal dari fisi cepat dari tamper uranium terdeplesi. Karena uranium terdeplesi tidak memiliki massa kritis, ia dapat ditambahkan ke bom termonuklir dalam jumlah yang hampir tidak terbatas. Uji coba Tsar Bomba yang dilakukan oleh Uni Soviet pada tahun 1961 menghasilkan "hanya" 50 megaton daya ledak, lebih dari 90% di antaranya berasal dari fisi yang disebabkan oleh neutron yang disuplai fusi, karena tahap akhir 238U telah diganti dengan timbal. Seandainya 238U digunakan sebagai gantinya, hasil Tsar Bomba bisa saja jauh di atas 100 megaton, dan itu akan menghasilkan luruhan nuklir yang setara dengan sepertiga dari total global yang telah diproduksi hingga saat itu.

Deret radium (atau deret uranium)

Rantai peluruhan dari 238U biasanya disebut "deret radium" (kadang-kadang "deret uranium"). Dimulai dengan uranium-238 yang terjadi secara alami, deret ini mencakup unsur-unsur berikut: astatin, bismut, timbal, polonium, protaktinium, radium, radon, talium, dan torium. Semua produk peluruhan ada untuk saat ini, setidaknya untuk sementara, dalam sampel yang mengandung uranium, baik logam, senyawa, atau mineral. Peluruhan berlangsung sebagai:

Rata-rata masa hidup dari 238U adalah 1,41 detik dibagi 0,693 (atau dikalikan 1,443), yaitu sekitar  2 detik, jadi 1 mol 238U memancarkan 3 partikel alfa per detik, menghasilkan jumlah atom torium-234 yang sama. Dalam sistem tertutup, kesetimbangan akan tercapai, dengan semua jumlah kecuali timbal-206 dan 238U dalam rasio tetap, dalam jumlah yang perlahan-lahan menurun. Jumlah 206Pb akan meningkat, sedangkan 238U berkurang; semua langkah dalam rantai peluruhan memiliki laju yang sama yaitu 3 partikel meluruh per detik per mol 238U.

Torium-234 memiliki masa hidup rata-rata 3 detik, jadi ada kesetimbangan jika satu mol 238U mengandung 9 atom torium-234, yaitu 1,5 mol (perbandingan dua waktu paruh). Demikian pula, dalam kesetimbangan dalam sistem tertutup, jumlah setiap produk peluruhan, kecuali produk akhir, timbal, sebanding dengan waktu paruhnya.

Walaupun 238U sedikit radioaktif, produk peluruhannya, torium-234 and protaktinium-234, adalah pemancar partikel beta dengan waktu paruh masing-masing sekitar 20 hari dan satu menit. Protaktinium-234 meluruh menjadi uranium-234, yang memiliki waktu paruh ratusan ribu tahun, dan isotop ini tidak mencapai konsentrasi kesetimbangan untuk waktu yang sangat lama. Ketika dua isotop pertama dalam rantai peluruhan mencapai konsentrasi kesetimbangan yang relatif kecil, sampel 238U yang awalnya murni akan memancarkan tiga kali radiasi karena 238U itu sendiri, dan sebagian besar radiasi ini adalah partikel beta.

Seperti yang telah disinggung di atas, ketika memulai dengan 238U murni, dalam skala waktu manusia, kesetimbangan hanya berlaku untuk tiga langkah pertama dalam rantai peluruhan. Jadi, untuk satu mol 238U, 3 kali per detik satu partikel alfa dan dua partikel beta serta sinar gama dihasilkan, bersama-sama sebesar 6,7 MeV, dengan laju 3 µW. Diekstrapolasi selama 2 detik, ini adalah 600 gigajoule, energi total yang dilepaskan dalam tiga langkah pertama dalam rantai peluruhan.