Isotop uranium

Uranium (92U) adalah unsur radioaktif alami yang tidak memiliki satu pun isotop stabil. Ia memiliki dua isotop primordial, 238U dan 235U, yang memiliki waktu paruh panjang dan ditemukan dalam jumlah yang cukup besar dalam kerak Bumi. 234U yang merupakan produk peluruhan juga ditemukan. Isotop lain seperti 233U juga telah diproduksi di dalam reaktor pembiak. Selain isotop yang ditemukan di alam atau reaktor nuklir, banyak isotop dengan waktu paruh yang jauh lebih pendek telah diproduksi, mulai dari 214U hingga 242U (dengan pengecualian 220U dan 241U). Berat atom standar uranium alam adalah .

Uranium alami terdiri dari tiga isotop utama, 238U (99,2739–99,2752% kelimpahan alami), 235U (0,7198–0,7202%), dan 234U (0,0050–0,0059%). Ketiga isotop tersebut bersifat radioaktif (artinya mereka merupakan radioisotop), dan yang paling melimpah dan stabil adalah 238U dengan waktu paruh  tahun (mendekati usia Bumi).

238U merupakan sebuah pemancar alfa, meluruh melalui deret uranium yang memiliki 18 anggota menjadi 206Pb. Deret peluruhan 235U (secara historis disebut aktino-uranium) memiliki 15 anggota dan berakhir pada 207Pb. Laju peluruhan konstan dalam deret ini membuat perbandingan rasio dari unsur induk-anak menjadi berguna dalam penanggalan radiometrik. 233U dibuat dari 232Th dengan pemborbardiran neutron.

235U merupakan isotop yang penting untuk reaktor nuklir (produksi energi) dan senjata nuklir karena ia adalah satu-satunya isotop yang ada di alam sampai batas tertentu yang fisil dalam menanggapi neutron termal, yaitu, penangkapan neutron termal memiliki kemungkinan tinggi untuk menginduksi fisi. Sebuah reaksi berantai dapat dipertahankan dengan massa (kritis) 235U yang cukup besar. 238U juga penting karena ia merupakan bahan subur: ia menyerap neutron untuk menghasilkan isotop radioaktif yang kemudian meluruh menjadi isotop 239Pu, yang juga fisil.

Daftar isotop

|-
| 214U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 122
| 
| 0,52(+0,95−0,21) mdtk
| α
| 210Th
| 0+
|
|
|-
| 215U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 123
| 215,026760(90)
| 1,4(0,9) mdtk
| α
| 211Th
| 5/2−#
|
|
|-
| 216U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 124
| 216,024760(30)
| 6,9(2,9) mdtk
| α
| 212Th
| 0+
|
|
|-
| style="text-indent:1em" | 216mU
|
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 
| 1,4(0,9) mdtk
|
|
| 8+
|
|
|-
| 217U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 125
| 217,02437(9)
| 0,85(0,71) mdtk
| α
| 213Th
| 1/2−#
|
|
|-
| 218U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 126
| 218,02354(3)
| 0,35(0,09) mdtk
| α
| 214Th
| 0+
|
|
|-
| 219U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 127
| 219,02492(6)
| 60(7) μdtk
| α
| 215Th
| 9/2+#
|
|

|-
| 221U
| 
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 129
| 221,02640(11)#
| 0,66(14) μdtk
| α
| 217Th
| (9/2+)
| 
| 
|-
| rowspan=2|222U
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 92
| rowspan=2 style="text-align:right" | 130
| rowspan=2|222,02609(11)#
| rowspan=2|4,7(0,7) μdtk
| α
| 218Th
| rowspan=2|0+
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| β+ (10−6%)
| 222Pa
|-
| 223U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 131
| 223,02774(8)
| 65(12) μdtk
| α
| 219Th
| 7/2+#
|
|
|-
| 224U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 132
| 224,027605(27)
| 396(17) μdtk
| α
| 220Th
| 0+
|
|
|-
| 225U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 133
| 225,02939#
| 62(4) mdtk
| α
| 221Th
| (5/2+)#
|
|
|-
| 226U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 134
| 226,029339(14)
| 269(6) mdtk
| α
| 222Th
| 0+
|
|
|-
| rowspan=2|227U
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 92
| rowspan=2 style="text-align:right" | 135
| rowspan=2|227,031156(18)
| rowspan=2|1,1(0,1) mnt
| α
| 223Th
| rowspan=2|(3/2+)
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| β+ (0,001%)
| 227Pa
|-
| rowspan=2|228U
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 92
| rowspan=2 style="text-align:right" | 136
| rowspan=2|228,031374(16)
| rowspan=2|9,1(0,2) mnt
| α (95%)
| 224Th
| rowspan=2|0+
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| EC (5%)
| 228Pa
|-
| rowspan=2|229U
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 92
| rowspan=2 style="text-align:right" | 137
| rowspan=2|229,033506(6)
| rowspan=2|57,8(0,5) mnt
| β+ (80%)
| 229Pa
| rowspan=2|(3/2+)
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| α (20%)
| 225Th
|-
| rowspan=3|230U
| rowspan=3|
| rowspan=3 style="text-align:right" | 92
| rowspan=3 style="text-align:right" | 138
| rowspan=3|230,033940(5)
| rowspan=3|20,23(0,02) hri
| α
| 226Th
| rowspan=3|0+
| rowspan=3|
| rowspan=3|
|-
| SF (1,4%)
| (beberapa)
|-
| β+β+ (langka)
| 230Th
|-
| rowspan=2|231U
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 92
| rowspan=2 style="text-align:right" | 139
| rowspan=2|231,036294(3)
| rowspan=2|4,2(0,1) hri
| EC
| 231Pa
| rowspan=2|(5/2)(+#)
| rowspan=2|
| rowspan=2|
|-
| α (0,004%)
| 227Th
|-
| rowspan=4|232U
| rowspan=4|
| rowspan=4 style="text-align:right" | 92
| rowspan=4 style="text-align:right" | 140
| rowspan=4|232,0371562(24)
| rowspan=4|68,9(0,4) thn
| α
| 228Th
| rowspan=4|0+
| rowspan=4|
| rowspan=4|
|-
| CD (8,9%)
| 208Pb24Ne
|-
| CD (5%)
| 204Hg28Mg
|-
| SF (10−12%)
| (beberapa)
|-
| rowspan=4|233U
| rowspan=4|
| rowspan=4 style="text-align:right" | 92
| rowspan=4 style="text-align:right" | 141
| rowspan=4|233,0396352(29)
| rowspan=4|1,592(2) thn
| α
| 229Th
| rowspan=4|5/2+
| rowspan=4|Renik
| rowspan=4|
|-
| SF (6%)
| (beberapa)
|-
| CD (7,2%)
| 209Pb24Ne
|-
| CD (1,3%)
| 205Hg28Mg
|-
| rowspan=4|234U
| rowspan=4|Uranium II
| rowspan=4 style="text-align:right" | 92
| rowspan=4 style="text-align:right" | 142
| rowspan=4|234,0409521(20)
| rowspan=4|2,455(6) thn
| α
| 230Th
| rowspan=4|0+
| rowspan=4|[0.000054(5)]
| rowspan=4|0,000050–0,000059
|-
| SF (1,73%)
| (beberapa)
|-
| CD (1,4%)
| 206Hg28Mg
|-
| CD (9%)
| 184Hf26Ne24Ne
|-
| style="text-indent:1em" | 234mU
|
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 1421,32(10) keV
| 33,5(2,0) mdtk
|
|
| 6−
|
|
|-
| rowspan=3|235U
| rowspan=3|Aktin UraniumAktino-Uranium
| rowspan=3 style="text-align:right" | 92
| rowspan=3 style="text-align:right" | 143
| rowspan=3|235,0439299(20)
| rowspan=3|7,038(1) thn
| α
| 231Th
| rowspan=3|7/2−
| rowspan=3|[0,007204(6)]
| rowspan=3|0,007198–0,007207
|-
| SF (7%)
| (beberapa)
|-
| CD (8%)
| 186Hf25Ne24Ne
|-
| style="text-indent:1em" | 235mU
|
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 0,0765(4) keV
| ~26 mnt
| IT
| 235U
| 1/2+
|
|
|-
| rowspan=2|236U
| rowspan=2|Toruranium
| rowspan=2 style="text-align:right" | 92
| rowspan=2 style="text-align:right" | 144
| rowspan=2|236,045568
| rowspan=2|2,342(3) thn
| α
| 232Th
| rowspan=2|0+
| rowspan=2|Renik
| rowspan=2|
|-
| SF (9,6%)
| (beberapa)
|-
| style="text-indent:1em" | 236m1U
|
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 1052,89(19) keV
| 100(4) ndtk
|
|
| (4)−
|
|
|-
| style="text-indent:1em" | 236m2U
|
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 2750(10) keV
| 120(2) ndtk
|
|
| (0+)
|
|
|-
| 237U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 145
| 237,0487302(20)
| 6,752(0,002) hri
| β−
| 237Np
| 1/2+
| Renik
|
|-
| rowspan=3|238U
| rowspan=3|Uranium I
| rowspan=3 style="text-align:right" | 92
| rowspan=3 style="text-align:right" | 146
| rowspan=3|238,0507882(20)
| rowspan=3|4,468(3) thn
| α
| 234Th
| rowspan=3|0+
| rowspan=3|[0,992742(10)]
| rowspan=3|0,992739–0,992752
|-
| SF (5,45%)
| (beberapa)
|-
| β−β− (2,19%)
| 238Pu
|-
| style="text-indent:1em" | 238mU
|
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 2557,9(5) keV
| 280(6) ndtk
|
|
| 0+
|
|
|-
| 239U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 147
| 239,0542933(21)
| 23,45(0,02) mnt
| β−
| 239Np
| 5/2+
|
|
|-
| style="text-indent:1em" | 239m1U
|
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 20(20)# keV
| >250 ndtk
|
|
| (5/2+)
|
|
|-
| style="text-indent:1em" | 239m2U
|
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 133,7990(10) keV
| 780(40) ndtk
|
|
| 1/2+
|
|
|-
| rowspan=2|240U
| rowspan=2|
| rowspan=2 style="text-align:right" | 92
| rowspan=2 style="text-align:right" | 148
| rowspan=2|240,056592(6)
| rowspan=2|14,1(0,1) jam
| β−
| 240Np
| rowspan=2|0+
| rowspan=2|Renik
| rowspan=2|
|-
| α (10−10%)
| 236Th

|-
| 242U
|
| style="text-align:right" | 92
| style="text-align:right" | 150
| 242,06293(22)#
| 16,8(0,5) mnt
| β−
| 242Np
| 0+
|
|

Aktinida vs produk fisi

Uranium-214
Uranium-214 adalah isotop uranium paling ringan yang diketahui. Ia ditemukan pada tahun 2021 di Spectrometer for Heavy Atoms and Nuclear Structure (SHANS) di Heavy Ion Research Facility di Lanzhou, Tiongkok. Ia diproduksi dengan menembakkan 36Ar pada 182W. Ia mengalami peluruhan alfa dengan waktu paruh  milidetik.

Uranium-232

Uranium-232 memiliki waktu paruh 68,9 tahun dan merupakan produk sampingan dalam siklus torium. Ia telah disebut-sebut sebagai penghalang untuk proliferasi nuklir menggunakan 233U sebagai bahan fisil, karena radiasi gama intens yang dipancarkan oleh 208Tl (anak dari 232U, yang diproduksi dengan relatif cepat) yang terkontaminasi dengannya lebih sulit untuk ditangani. 232U adalah contoh langka dari isotop genap-genap yang fisil dengan neutron termal dan cepat.

Uranium-233

Uranium-233 adalah isotop fisil uranium yang dibiakkan dari 232Th sebagai bagian dari siklus bahan bakar torium. 233U pernah diselidiki untuk digunakan dalam senjata nuklir dan sebagai bahan bakar reaktor. Ia kadang-kadang diuji tetapi tidak pernah digunakan dalam senjata nuklir dan belum digunakan secara komersial sebagai bahan bakar nuklir. Ia telah berhasil digunakan dalam reaktor nuklir eksperimental dan telah diusulkan untuk penggunaan yang lebih luas sebagai bahan bakar nuklir. Ia memiliki waktu paruh sekitar 160.000 tahun.

233U dihasilkan oleh iradiasi neutron 232Th. Ketika 232Th menyerap neutron, ia menjadi 233Th, yang memiliki waktu paruh hanya 22 menit. 233Th meluruh menjadi 233Pa melalui peluruhan beta. 233Pa memiliki waktu paruh 27 hari dan meluruh melalui peluruhan beta menjadi 233U; beberapa rancangan reaktor garam cair yang diusulkan mencoba untuk secara fisik mengisolasi protaktinium dari penangkapan neutron lebih lanjut sebelum peluruhan beta dapat terjadi.

233U biasanya fisi pada penyerapan neutron, tetapi kadang-kadang mempertahankan neutron menjadi 234U. Rasio penangkapan-menjadi-fisinya lebih kecil dari dua bahan bakar fisil utama lainnya, 235U dan 239Pu; rasionya juga lebih rendah daripada 241Pu yang berumur pendek, tetapi dikalahkan oleh 236Np yang sangat sulit diproduksi.

Uranium-234

Uranium-234 adalah sebuah isotop uranium. Dalam uranium alam dan bijih uranium, 234U terjadi sebagai produk peluruhan tidak langsung dari 238U, 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. Jalur produksi 234U melalui peluruhan nuklir adalah sebagai berikut: inti 238U memancarkan partikel alfa menjadi 234Th. Selanjutnya, dengan waktu paruh yang pendek, inti  234Th memancarkan partikel beta menjadi 234Pa. Akhirnya, inti 234Pa masing-masing memancarkan partikel beta lain menjadi inti 234U.

Inti 234U biasanya bertahan selama ratusan ribu tahun, tetapi kemudian meluruh dengan emisi alfa menjadi 230Th, kecuali sebagian kecil 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 238Pu yang telah agak tua untuk memungkinkan beberapa peluruhan menjadi 234U melalui emisi alfa.

Uranium yang diperkaya mengandung lebih banyak 234U daripada uranium alami sebagai produk sampingan dari proses pengayaan uranium yang bertujuan untuk memperoleh 235U, yang mengonsentrasikan isotop yang lebih ringan bahkan lebih kuat daripada 235U. Peningkatan persentase 234U dalam uranium alam yang diperkaya dapat diterima di reaktor nuklir saat ini, tetapi uranium yang diproses ulang (diperkaya kembali) mungkin mengandung fraksi 234U yang lebih tinggi, yang tidak diinginkan. Ini karena 234U tidak fisil, dan cenderung menyerap neutron lambat dalam reaktor nuklir—menjadi 235U.

234U memiliki penampang tangkapan neutron sekitar barn untuk neutron termal, dan sekitar 700 barn untuk integral resonansinya—rata-rata di atas neutron yang memiliki berbagai energi menengah. Dalam reaktor nuklir, isotop non-fisil menangkap isotop fisil pembiak neutron. 234U diubah menjadi 235U dengan lebih mudah dan pada tingkat yang lebih besar daripada 239U menjadi 239Pu (melalui 239Np), karena 238U memiliki penampang tangkapan neutron yang jauh lebih kecil, hanya 2,7 barn.

Uranium-235

Uranium-235 adalah isotop uranium yang menyusun sekitar 0,72% uranium alam. Tidak seperti isotop 238U yang dominan, ia bersifat fisil, yaitu dapat mempertahankan reaksi berantai fisi. Ia merupakan satu-satunya isotop fisil yang merupakan nuklida primordial atau ditemukan dalam jumlah yang signifikan di alam.

235U memiliki waktu paruh 703,8 juta tahun. Ia ditemukan pada tahun 1935 oleh Arthur Jeffrey Dempster. Penampang (fisi) nuklirnya untuk neutron termal lambat adalah sekitar 504,81 barn. Untuk neutron cepat ada di 1 barn. Pada tingkat energi termal, sekitar 5 dari 6 penyerapan neutron menghasilkan fisi dan 1 dari 6 menghasilkan penangkapan neutron membentuk 236U. Rasio fisi-menjadi-penangkapannya meningkat untuk neutron yang lebih cepat.

Uranium-236

Uranium-236 adalah sebuah isotop uranium yang tidak fisil dengan neutron termal, dan juga bukan merupakan bahan subur yang sangat baik, tetapi umumnya dianggap sebagai limbah radioaktif yang mengganggu dan berumur panjang. Ia ditemukan dalam bahan bakar nuklir bekas, dan dalam uranium yang diproses ulang yang terbuat dari bahan bakar nuklir bekas.

Uranium-237
Uranium-237 adalah sebuah isotop uranium. Ia memiliki waktu paruh sekitar 6,75(1) hari. Ia meluruh menjadi 237Np dengan peluruhan beta.

Uranium-238

Uranium-238 adalah sebuah isotop uranium yang paling umum ditemukan di alam. Ia tidak fisil, tetapi merupakan bahan subur: ia dapat menangkap neutron lambat dan setelah dua peluruhan beta, ia menjadi 239Np yang fisil. 238U dapat dibelah oleh neutron cepat, tetapi tidak dapat mendukung reaksi berantai karena hamburan inelastis mengurangi energi neutron di bawah kisaran di mana fisi cepat dari satu atau lebih inti generasi berikutnya mungkin terjadi. Perluasan Doppler dari resonansi penyerapan neutron 238U, meningkatkan penyerapan seiring dengan kenaikan suhu bahan bakar, juga merupakan mekanisme umpan balik negatif yang penting untuk kontrol reaktor.

Sekitar 99,284% uranium alam adalah 238U, yang memiliki waktu paruh 1,41 detik (4,468 tahun, atau 4,468 miliar tahun). Uranium terdeplesi memiliki konsentrasi yang lebih tinggi dari isotop 238U, dan bahkan uranium yang diperkaya rendah (low-enriched uranium, LEU), walaupun memiliki proporsi yang lebih tinggi dari isotop 235U (dibandingkan dengan uranium terdeplesi), sebagian besar masih 238U. Uranium yang diproses ulang juga terutama 238U, dengan 235U sebanyak uranium alami, proporsi 236U yang sebanding, dan jumlah isotop uranium lain yang jauh lebih kecil seperti 234U, 233U, dan 232U.

Uranium-239
Uranium-239 adalah sebuah isotop uranium. Ia biasanya dihasilkan dengan memaparkan 238U ke radiasi neutron dalam reaktor nuklir. 239U memiliki waktu paruh sekitar 23,45 menit dan meluruh menjadi 239Np melalui peluruhan beta, dengan energi peluruhan total sekitar 1,29 MeV. Peluruhan gama yang paling umum pada 74,660 keV menyumbang perbedaan dalam dua saluran utama energi emisi beta, pada 1,28 dan 1,21 MeV.

239Np selanjutnya meluruh menjadi 239Pu, juga melalui peluruhan beta (239Np memiliki waktu paruh sekitar 2,356 hari), dalam langkah penting kedua yang pada akhirnya menghasilkan 239Pu yang fisil (digunakan dalam senjata dan tenaga nuklir), dari 238U dalam reaktor.

Referensi

Isotop uranium
Uranium
Uranium