Uranium-234 itu apa sih?

Uranium-234 (234U atau U-234) adalah sebuah isotop uranium. Dalam uranium alam dan bijih uranium, 234U terjadi sebagai produk peluruhan tidak langsung dari uranium-238, tetapi hanya 0,0055% (55 bagian per juta) dari uranium mentah karena waktu paruhnya yang hanya 245.500 tahun hanya sekitar  dari waktu paruh 238U. Jadi laju 234U hingga 238U dalam sampel alami setara dengan laju waktu paruh satu sama lain. Jalur utama produksi 234U melalui peluruhan nuklir adalah sebagai berikut: inti uranium-238 memancarkan partikel alfa menjadi torium-234. Selanjutnya, dengan waktu paruh yang pendek, inti 234Th memancarkan partikel beta menjadi protaktinium-234 (234Pa), atau lebih mungkin isomer nuklir yang dilambangkan dengan 234mPa. Akhirnya, inti 234Pa atau 234mPa memancarkan partikel beta lain menjadi inti 234U.

Inti uranium-234 meluruh dengan peluruhan alfa menjadi torium-230, kecuali untuk fraksi kecil (bagian per miliar) inti yang mengalami fisi spontan.

Ekstraksi sejumlah kecil 234U dari uranium alam dapat dilakukan dengan menggunakan pemisahan isotop, serupa dengan yang digunakan untuk pengayaan uranium biasa. Namun, tidak ada permintaan nyata dalam kimia, fisika, atau teknik untuk mengisolasi 234U. Sampel murni yang sangat kecil dari 234U dapat diekstraksi melalui proses pertukaran ion kimia - dari sampel plutonium-238 yang telah berumur untuk memungkinkan beberapa peluruhan ke 234U melalui peluruhan alfa.

Uranium yang diperkaya mengandung lebih banyak 234U daripada uranium alami sebagai produk sampingan dari proses pengayaan uranium yang bertujuan untuk memperoleh uranium-235, yang mengonsentrasikan isotop yang lebih ringan bahkan lebih kuat daripada 235U. Makalah penelitian IAEA TECDOC-1529 menyimpulkan bahwa kandungan 234U dari bahan bakar yang diperkaya berbanding lurus dengan derajat 235U—pengayaan dengan 2% 235U menghasilkan 150 g 234U/ton HM, dan pengayaan 4,5% 235U yang paling umum menghasilkan 400 g 234U/ton HM. Peningkatan persentase 234U dalam uranium alam yang diperkaya dapat diterima di reaktor nuklir saat ini. Uranium yang diproses dan didaur ulang (diperkaya kembali) mengandung fraksi 234U yang bahkan lebih tinggi. Hal ini menguntungkan karena meskipun 234U tidak bersifat fisil, ia cenderung menyerap neutron lambat dalam reaktor nuklir yang mengembangbiakkan 235U. Ini jauh lebih efisien daripada rangkaian langkah 238U + n → 239Np → 239Pu dalam mengganti konsumsi isotop fisil.

Uranium-234 memiliki penampang tangkapan neutron sekitar 100 barn untuk neutron termal, dan sekitar 700 barn untuk integral resonansinya - rata-rata neutron yang memiliki kisaran energi menengah. Dalam reaktor nuklir, isotop non-fisil 234U dan 238U menangkap pembiakkan neutron isotop fisil 235U dan 239Pu berturut-turut. 234U diubah menjadi 235U dengan lebih mudah dan oleh karena itu pada laju yang lebih besar dari 238U adalah menjadi 239Pu (melalui neptunium-239) karena 238U memiliki penampang penangkap neutron yang jauh lebih kecil, hanya 2,7 barn. Dalam reaksi 234U + n → 235U, kandungan 234U dari bahan bakar yang diperkaya 4,5% turun secara stabil selama periode iradiasi turun dari 450g/ton HM menjadi 205g/ton HM dalam bahan bakar dengan iradiasi 60GWd/ton HM.

Selain itu, reaksi (n, 2n) dengan neutron cepat juga mengubah sejumlah kecil 235U menjadi 234U. Hal ini dilawan dengan konversi cepat dari 234U yang tersedia menjadi 235U melalui penangkapan neutron termal. Bahan bakar bekas mungkin mengandung sebanyak 0,010% 234U, atau 100 bagian per juta, fraksi yang lebih tinggi daripada 55 bagian per juta dari uranium alam. Uranium terdeplesi yang dipisahkan selama proses pengayaan mengandung jauh lebih sedikit 234U (sekitar 0,001%) yang membuat radioaktivitas uranium terdeplesi sekitar setengah dari uranium alami. Uranium alami memiliki konsentrasi "keseimbangan" 234U—titik di mana jumlah peluruhan yang sama dari 238U dan 234U akan terjadi.