Uranium
Isotop

Artikel utama: Isotop uranium
Uranium, seperti semua unsur dengan nomor atom lebih besar dari 82, tidak memiliki isotop stabil. Semua isotop uranium bersifat radioaktif karena gaya nuklir kuat tidak mengalahkan tolakan elektromagnetik dalam nuklida yang mengandung lebih dari 82 proton. Namun demikian, dua isotop yang paling stabil, uranium-238 dan uranium-235, memiliki waktu paruh yang cukup lama untuk terjadi di alam sebagai radionuklida primordial, dengan jumlah terukur yang bertahan sejak pembentukan Bumi. Kedua nuklida ini, bersama dengan torium-232, adalah nuklida primordial yang dikonfirmasi lebih berat daripada bismut-209 yang hampir stabil.
Uranium alami terdiri dari tiga isotop utama: uranium-238 (99,28% kelimpahan alami), uranium-235 (0,71%), dan uranium-234 (0,0054%). Ada juga empat isotop renik lainnya: uranium-239, yang terbentuk ketika 238U mengalami fisi spontan, melepaskan neutron yang ditangkap oleh atom 238U; uranium-237, yang terbentuk ketika 238U menangkap sebuah neutron tetapi memancarkan dua lagi, yang kemudian meluruh menjadi neptunium-237; uranium-236, yang terjadi dalam jumlah kecil akibat penangkapan neutron pada 235U dan sebagai produk peluruhan plutonium-244; dan terakhir, uranium-233, yang terbentuk dalam rantai peluruhan neptunium-237.
Uranium-238 adalah isotop uranium yang paling stabil, dengan waktu paruh sekitar 4,463×109 tahun, kira-kira seusia Bumi. Uranium-238 sebagian besar merupakan pemancar alfa, meluruh menjadi torium-234. Ia akhirnya meluruh melalui deret uranium, yang memiliki 18 anggota, menjadi timbal-206. Uranium-238 bukan merupakan isotop fisil, tetapi subur, karena setelah aktivasi neutron, ia dapat diubah menjadi plutonium-239, isotop fisil lainnya. Memang, inti 238U dapat menyerap satu neutron untuk menghasilkan isotop radioaktif uranium-239. 239U meluruh melalui emisi beta menjadi neptunium-239, juga merupakan pemancar beta, yang pada gilirannya meluruh, dalam beberapa hari menjadi plutonium-239. 239Pu digunakan sebagai bahan fisil dalam bom atom pertama yang diledakkan dalam "uji Trinity" pada 15 Juli 1945 di New Mexico.
Uranium-235 memiliki waktu paruh sekitar 7,04×108 tahun; ia adalah isotop uranium paling stabil berikutnya setelah 238U dan juga sebagian besar merupakan pemancar alfa, meluruh menjadi torium-231. Uranium-235 merupakan isotop yang penting untuk reaktor nuklir dan senjata nuklir, karena ia merupakan satu-satunya isotop uranium yang ada di alam dalam jumlah signifikan yang bersifat fisil. Ini berarti ia dapat dipecah menjadi dua atau tiga fragmen (produk fisi) oleh neutron termal. Rantai peluruhan 235U, yang disebut deret aktinium, memiliki 15 anggota dan akhirnya meluruh menjadi timbal-207. Laju peluruhan yang konstan dalam deret peluruhan ini membuat perbandingan rasio unsur induk dan unsur anak berguna dalam penanggalan radiometrik.
Uranium-236 memiliki waktu paruh 2,342×107 tahun dan tidak ditemukan dalam jumlah yang signifikan di alam. Waktu paruh uranium-236 terlalu pendek untuk disebut primordial, meskipun ia telah diidentifikasi sebagai nenek moyang yang telah punah dari anak peluruhan alfanya, torium-232. Uranium-236 terjadi pada bahan bakar nuklir bekas ketika penangkapan neutron pada 235U tidak menyebabkan fisi, atau sebagai produk peluruhan plutonium-240. Uranium-236 bersifat tidak subur, karena diperlukan tiga penangkapan neutron lagi untuk menghasilkan 239Pu yang bersifat fisil, dan ia sendiri tidak bersifat fisil; dengan demikian, ia dianggap limbah radioaktif berumur panjang.
Uranium-234 adalah anggota deret uranium dan terjadi dalam kesetimbangan dengan nenek moyangnya, 238U; ia mengalami peluruhan alfa dengan waktu paruh 245.500 tahun dan meluruh menjadi timbal-206 melalui serangkaian isotop yang berumur relatif pendek.
Uranium-233 mengalami peluruhan alfa dengan waktu paruh 160.000 tahun dan, seperti 235U, bersifat fisil. Ia dapat dibiakkan dari torium-232 melalui pemborbardiran neutron, biasanya dalam reaktor nuklir; proses ini dikenal sebagai siklus bahan bakar torium. Karena fisilitas 233U dan kelimpahan alami torium yang lebih besar (tiga kali lipat uranium), 233U telah diselidiki untuk digunakan sebagai bahan bakar nuklir sebagai alternatif yang mungkin untuk 235U dan 239Pu, meskipun ia tidak digunakan secara luas hingga 2022. Rantai peluruhan uranium-233 merupakan bagian dari deret neptunium dan berakhir pada bismut-209 yang hampir stabil (waktu paruh 2,01×1019 tahun) dan talium-205 yang stabil.
Uranium-232 adalah sebuah pemancar alfa dengan waktu paruh 68,9 tahun. Isotop ini diproduksi sebagai produk sampingan dalam produksi 233U dan dianggap sebagai gangguan, karena ia tidak bersifat fisil dan meluruh melalui pemancar alfa dan gama seperti 208Tl. Torium-232 juga diperkirakan dapat mengalami peluruhan beta ganda, yang akan menghasilkan uranium-232, tetapi hal ini belum diamati secara eksperimental.
Semua isotop dari 232U hingga 236U memiliki cabang peluruhan gugus minor (kurang dari 10−10%), dan semua bar 233U ini, selain 238U, memiliki cabang fisi spontan minor; rasio percabangan terbesar untuk fisi spontan adalah sekitar 5×10−5% untuk 238U, atau sekitar satu dari setiap dua juta peluruhan. Isotop renik berumur pendek 237U dan 239U secara eksklusif mengalami peluruhan beta, dengan waktu paruh masing-masing 6,752 hari dan 23,45 menit.
Secara total, 28 isotop uranium telah diidentifikasi, mulai dari nomor massa 214 hingga 242, dengan pengecualian 220. Di antara isotop uranium yang tidak ditemukan dalam sampel alami atau bahan bakar nuklir, isotop uranium yang berumur paling panjang adalah 230U, sebuah pemancar alfa dengan waktu paruh 20,23 hari. Isotop ini telah dipertimbangkan untuk digunakan dalam terapi partikel alfa bertarget (TAT). Semua isotop lainnya memiliki waktu paruh lebih pendek dari satu jam, kecuali 231U (waktu paruh 4,2 hari) dan 240U (waktu paruh 14,1 jam). Isotop berumur terpendek yang diketahui adalah 221U, dengan waktu paruh 660 nanodetik, dan diperkirakan 220U yang hingga sekarang tidak diketahui memiliki waktu paruh yang bahkan lebih pendek. Isotop kaya proton yang lebih ringan dari 232U utamanya mengalami peluruhan alfa, kecuali 229U dan 231U, yang masing-masing meluruh menjadi isotop protaktinium melalui emisi positron dan penangkapan elektron; 240U dan 242U yang kaya neutron mengalami peluruhan beta untuk membentuk isotop neptunium.