Изотопи на ураниумот

Ураниумот (U) — природен радиоактивен елемент (радиоелемент) без стабилни изотопи. Има два првобитни изотопи, ураниум-238 и ураниум-235, кои имаат долг полураспад и се наоѓаат во значителна количина во Земјината кора. Пронајден е и распаден производ ураниум-234. Други изотопи како што е ураниум-233 се произведени во реактори за одгледување. Покрај изотопите пронајдени во природата или јадрените реактори, произведени се многу изотопи со далеку пократок полураспад, кои се движат од U до U (освен U). Стандардната атомска тежина на природниот ураниум е .
Природниот ураниум се состои од три главни изотопи, U (99,2739-99,2752% природно изобилство), U (0,7198-0,7202%) и U (0,0050-0,0059%). Сите три изотопи се радиоактивни (т.е. тие се радиоизотопи), а најзастапен и најстабилен е ураниум-238, со полураспад од (околу возраста на Земјата).
Ураниум-238 е алфа-емитер, кој се распаѓа низ 18-члената ураниумова серија во олово-206. Серијата на распаѓање на ураниум-235 (историски наречена актино-ураниум) има 15 членови и завршува со олово-207. Посстојаните стапки на распаѓање во овие серии ја прават споредбата на односот на елементите родител-ќерка корисни во радиометриското датирање. Ураниум-233 е направен од ториум-232 со неутронско бомбардирање.
Ураниум-235 е важен и за јадрените реактори (производство на енергија) и за јадрено оружје бидејќи тој е единствениот изотоп што постои во природата до значителна мера што може да биде подложен на цепење како одговор на топлинските неутрони, т.е. Верижна реакција може да се одржи со доволно голема (критична) маса на ураниум-235. Ураниум-238 е исто така важен затоа што е плоден: апсорбира неутрони за да произведе радиоактивен изотоп кој се распаѓа во плутониум-239, кој исто така може да биде подложен на цепење.
1 Список на изотопи
U, 92, 122, α, Th, 0+
U, 92, 123, 215.026720(11), 1.4(0.9) ms, α, Th, 5/2−#
β?, Pa
U, 92, 124, 216.024760(30), α, Th, 0+
U, 2206 keV, α, Th, 8+
U, 92, 125, 217.024660(86)#, α, Th, (1/2−)
β?, Pa
U, 92, 126, 218.023505(15), α, Th, 0+
U, 2117 keV, α, Th, 8+
IT?, U
U, 92, 127, 219.025009(14), 60(7) μs, α, Th, (9/2+)
β?, Pa
U, 92, 129, 221.026323(77), 0.66(14) μs, α, Th, (9/2+)
β?, Pa
U, 92, 130, 222.026058(56), 4.7(0.7) μs, α, Th, 0+
β?, Pa
U, 92, 131, 223.027961(63), 65(12) μs, α, Th, 7/2+#
β?, Pa
U, 92, 132, 224.027636(16), 396(17) μs, α, Th, 0+
β?, Pa
U, 92, 133, 225.029385(11), 62(4) ms, α, Th, 5/2+#
U, 92, 134, 226.029339(12), 269(6) ms, α, Th, 0+
U, 92, 135, 227.0311811(91), 1.1(0.1) min, α, Th, (3/2+)
β?, Pa
U, 92, 136, 228.031369(14), 9.1(0.2) min, α (97.5%), Th, 0+
EC (2.5%), Pa
U, 92, 137, 229.0335060(64), 57.8(0.5) min, β (80%), Pa, (3/2+)
α (20%), Th
U, 92, 138, 230.0339401(48), 20.23(0.02) d, α, Th, 0+
SF ?, (различни)
CD (4.8×10%), PbNe
U, 92, 139, 231.0362922(29), 4.2(0.1) d, EC, Pa, 5/2+#
α (.004%), Th
U, 92, 140, 232.0371548(19), 68.9(0.4) y, α, Th, 0+
CD (8.9×10%), PbNe
SF (10%), (различни)
CD?, HgMg
U, 92, 141, 233.0396343(24), 1.592(2)×10 y, α, Th, 5/2+, Trace<ref decay product of Np
CD (≤7.2×10%), PbNe
SF ?, (различни)
CD ?, HgMg
U, Uranium II, 92, 142, 234.0409503(12), 2.455(6)×10 y, α, Th, 0+, [0.000054(5)], 0.000050–0.000059
SF (1.64×10%), (различни)
CD (1.4×10%), HgMg
CD (≤9×10%), PbNe
CD (≤9×10%), PbNe
U, 1421.257(17) keV, 33.5(2.0) ms, IT, U, 6−
U, Актин ураниумActino-Uranium, 92, 143, 235.0439281(12), 7.038(1)×10 y, α, Th, 7/2−, [0.007204(6)], 0.007198–0.007207
SF (7×10%), (различни)
CD (8×10%), PbNe
CD (8×10%), PbNe
CD (8×10%), HgMg
U, 0.076737(18) keV, 25.7(1) min, IT, ''U'', 1/2+
U, 2500(300) keV, 3.6(18) ms, SF, (различни)
U, Торирариум, 92, 144, 236.0455661(12), 2.342(3)×10 y, α, ''Th'', 0+, Trace
U, 274.0(10) keV, 155(6) ns, IT, U, 7/2−
U, урниум I, 92, 146, 238.050787618(15), 4.468(3)×10 y, α, Th, 0+, [0.992742(10)], 0.992739–0.992752
SF (5.44×10%), (различни)
ββ (2.2×10%), Pu
U, 2557.9(5) keV, 280(6) ns, IT (97.4%), ''U'', 0+
SF (2.6%), (различни)
U, 92, 147, 239.0542920(16), 23.45(0.02) min, β, Np, 5/2+, Trace
α?, Th
U<ref, 92, 149, 241.06031(5), ~40 min, β, Np, 7/2+#
U, 92, 150, 242.06296(10), 16.8(0.5) min, β, Np, 0+
2 Ураниум-214
Ураниум-214 е најлесниот познат изотоп на ураниумот. Тој бил откриен во спектрометарот за тешки атоми и јадрена структура (SHANS) во Истражувачкиот објект за тешки јони во Ланжу, Кина во 2021 година, и бил произведен со отпуштање на аргон-36 во волфрам-182. Алфа-распадот има полуживот од ms.
3 Ураниум-232
Ураниум-232 има полураспад од 68,9 години и е несакан производ во ториумовиот циклус . Тој е наведен како пречка за јадрена пролиферација користејќи U, бидејќи интензивното гама зрачење од Tl ќерка на U, произведено релативно брзо) го прави U контаминиран со него потежок за ракување. Ураниум-232 е редок пример за рамномерен изотоп кој е фисилен и со топлински и со брзи неутрони.
4 Ураниум-233
Ураниум-233 е фисилен изотоп кој се одгледува од ториум-232 како дел од циклусот на горивото на ториумот. U бил испитуван за употреба во јадрено оружје и како реакторсо гориво. Повремено бил тестиран, но никогаш не бил распореден во јадрено оружје и не се користел комерцијално како јадрено гориво. Успешно се користи во експериментални јадрени реактори и е предложен за многу поширока употреба како јадрено гориво. Има полураспад од околу 160.000 години.
Ураниум-233 се произведува со неутронско зрачење на ториум-232. Кога ториум-232 апсорбира неутрон, тој станува ториум-233, кој има полураспад од само 22 минути. Ториум-233 има бета-распад во протактиниум-233. Протактиниум-233 има полураспад од 27 дена и бета се распаѓа во ураниум-233; некои предложени дизајни на реактори за стопена сол се обидуваат физички да го изолираат протактиниумот од понатамошно заробување на неутрони пред да дојде до бета распаѓање.
Ураниум-233 обично се расцепува при впивање на неутрони, но понекогаш го задржува неутронот, станувајќи ураниум-234. Односот на зафаќање и цепење е помал од другите две главни фисилни горива, ураниум-235 и плутониум-239; тој е исто така понизок од оној на краткотрајниот плутониум-241, но надополнет со многу тешко-производливиот нептуниум-236.
5 Ураниум-234
U се јавува во природниот ураниум како индиректен производ на распаѓање на ураниум-238, но сочинува само 55 делови на милион ураниум бидејќи неговиот полуживот од 245.500 години е само околу 1/18.000 од 238 U. Патот на производство на U е овој: U алфа се распаѓа до ториум-234. Следно, со краток полураспад, Th распаѓа на протактиниум-234. Конечно, Pa бета се распаѓа на U.
U алфа се распаѓа до ториум-230, освен мал процент на јадра кои се подложени на спонтанo цепење.
Екстракција на мали количества U од природен ураниум може да се направи со користење на сепарација на изотопи, слично на нормално збогатување ураниум. Сепак, нема вистинска побарувачка во хемијата, физиката или инженерството за изолирање U. Многу мали чисти примероци од U може да се извлечат преку процесот на хемиска јонска размена, од примероци од плутониум-238 кои донекаде старееле за да овозможат одредено распаѓање на алфа до U.
Збогатениот ураниум содржи повеќе U од природниот ураниум како нуспроизвод на процесот на збогатување ураниум насочен кон добивање ураниум-235, кој концентрира полесни изотопи уште посилно од U. Зголемениот процент од U во збогатен природен ураниум е прифатлив во денешните јадрени реактори, но (повторно збогатениот) обработен ураниум може да содржи уште повисоки фракции од U, што е непожелно. Тоа е затоа што U не е фисилен, и има тенденција да апсорбира бавни неутрони во јадрениот реактор — станувајќи U.
U има пресек за зафаќање на неутрони од околу 100 барни за топлински неутрони и околу 700 барни за неговиот резонантен интеграл - просекот над неутроните кои имаат различни средни енергии. Во јадрен реактор, не-цепените изотопи зафаќаат цепени изотопи кои размножуваат неутрони. U полесно се претвора во U и затоа со поголема брзина од ураниум-238 е во плутониум-239 (преку нептуниум-239), бидејќи U има многу помал пресек за фаќање неутрони од само 2,7 амбари.
6 Ураниум-235
Ураниум-235 сочинува околу 0,72% од природниот ураниум. За разлика од доминантниот изотоп ураниум-238, тој е фисилен, т.е. може да одржи верижна реакција на фисија. Тоа е единствениот фисилен изотоп кој е првобитен нуклид или се наоѓа во значителна количина во природата.
Ураниум-235 има полураспад од 703,8 милиони години. Откриен е во 1935 година од Артур Џефри Демпстер. Нејзиниот (фисија) јадрен пресек за бавен топлински неутрон е околу 504,81 барни. За брзи неутрони е од редот на 1 барни. На нивоа на топлинска енергија, околу 5 од 6 апсорпции на неутрони резултираат со цепење и 1 од 6 резултираат со впивање на неутрони со формирање на ураниум-236. Односот цепење-соединување се подобрува за побрзи неутрони.
7 Ураниум-236
Ураниум-236 има полураспад од околу 23 милиони години; и не е фисилен со топлински неутрони, ниту многу добар плоден материјал, но генерално се смета за вознемирувачки и долготраен радиоактивен отпад. Се наоѓа во потрошеното јадрено гориво и во преобработениот ураниум направен од потрошено јадрено гориво.
8 Ураниум-237
Ураниум-237 има полураспад од околу 6,75 дена. Се распаѓа во нептуниум-237 со бета распаѓање. Го открил јапонскиот физичар Јошио Нишина во 1940 година, кој во откритието речиси промашено, заклучил дека е создаден елементот 93, но не можел да го изолира тогаш непознатиот елемент или да ги измери неговите својства на распаѓање.
9 Ураниум-238
Ураниум-238 (U или U-238) е најчестиот изотоп на ураниум во природата. Не е фисилен, но е плоден: може да фати бавен неутрон и по две бета-распаѓања да стане фисилен плутониум-239. Ураниум-238 може да се расцепи со брзи неутрони, но не може да поддржи верижна реакција бидејќи нееластичното расејување ја намалува неутронската енергија под опсегот каде што е веројатно брзо цепење на едно или повеќе јадра од следната генерација. Доплеровото проширување на резонанциите на впивање на неутрони U, зголемувајќи гом впивањето како што се зголемува температурата на горивото, е исто така суштински механизам за негативна повратна информација за контрола на реакторот.
Околу 99,284% од природниот ураниум е ураниум-238, кој има полураспад од 1,41×10 секунди (4,468×10 години). Осиромашениот ураниум има уште поголема концентрација од U, а дури и ниско збогатениот ураниум (LEU) сè уште е главно U. Реобработениот ураниум е исто така главно U, со приближно исто толку ураниум-235 како природен ураниум, споредлив дел од ураниум-236 и многу помали количини на други изотопи на ураниум како што се ураниум-234, ураниум-233 и ураниум-232.
10 Ураниум-239
Ураниум-239 обично се произведува со изложување на U на неутронско зрачење во јадрен реактор. U има полураспад од околу 23,45 минути и бета-распад во нептуниум-239, со вкупна енергија на распаѓање од околу 1,29 MeV. Најчестото распаѓање на гама на 74.660 keV е одговорна за разликата во двата главни канали на енергија на бета емисија, на 1,28 и 1,21 MeV.
Np потоа, со полураспад од околу 2.356 дена, бета-распад до плутониум-239.
11 Ураниум-241
Во 2023 година, во труд објавен во ''Physical Review Letters'', група истражувачи со седиште во Кореја објавиле дека пронашле ураниум-241 во експеримент кој вклучува U+ Pt. реакции на пренос на мултинуклеони Неговиот полураспад е околу 40 минути.