Уран-234

Уран-234
зразок оксиду урану-234 Таблиця ізотопів
Загальні відомості
Назва, символ	Уран II (іст.),234U
Нейтронів	142
Протонів	92
Властивості ізотопу
Природна концентрація	0.0054%
Період напіврозпаду	246000 років
Батьківські ізотопи	238U (альфа, бета, бета) 234Pa (β) 238Pu (α)
Продукти розпаду	230Th
Канал розпаду	Енергія розпаду
альфа-випромінювання	4.8 МеВ

Уран-234 (²³⁴U або U-234) — ізотоп урану. У природному урані та в урановій руді ²³⁴U виникає як непрямий продукт розпаду урану-238, але він становить лише 0,0055% (55 частин на мільйон, або 1/18 000) необробленого урану, оскільки його період напіврозпаду всього лише 245 500 років - це лише приблизно 1/18 000 більше, ніж ²³⁸U. Таким чином, співвідношення ²³⁴
U до ²³⁸
U в природному зразку еквівалентний відношенню їх періодів напіврозпаду. Основний шлях виробництва ²³⁴U через такий ядерний розпад: ядра урану-238 випромінюють альфа-частинку, щоб стати торієм-234. Далі, з коротким періодом напіврозпаду, ядра ²³⁴Th випромінюють бета-частинку, щоб стати протактинієм-234 (²³⁴Pa), або, ймовірніше, ядерним ізомером, позначеним ^234mPa. Нарешті, ядра ²³⁴Pa або ^234mPa випускають ще одну бета-частинку, щоб стати ядрами ²³⁴U.

Ядра урану-234 розпадаються через альфа-випромінювання до торію-230, за винятком крихітної частки (часток на мільярд) ядер, які зазнають спонтанного поділу.

Вилучення відносно невеликих кількостей ²³⁴U з природного урану було б можливим за допомогою розділення ізотопів, подібного до того, що використовується для звичайного збагачення урану. Однак у хімії, фізиці чи техніці немає реального попиту на виділення ²³⁴U. Дуже маленькі чисті зразки ²³⁴U можна виділити за допомогою хімічного іонообмінного процесу із зразків плутонію-238, які були витримані, щоб дозволити деякий розпад до ²³⁴U через альфа-випромінювання.

Збагачений уран містить більше ²³⁴U, ніж природний уран, як побічний продукт процесу збагачення урану, спрямованого на отримання урану-235, який концентрує легші ізотопи навіть сильніше, ніж ²³⁵U. У дослідницькій роботі МАГАТЕ TECDOC-1529 робиться висновок, що вміст ²³⁴U у збагаченому паливі прямо пропорційний ступеню ²³⁵U — збагачення 2% ²³⁵U призводить до 150 г ²³⁴U/тонну, і найбільш поширене збагачення ²³⁵U 4,5%, що призводить до 400 г ²³⁴U/тонну. Підвищений відсоток ²³⁴U у збагаченому природному урані прийнятний у сучасних ядерних реакторах. Перероблений (повторно збагачений) перероблений уран містить ще більші фракції ²³⁴U. Це вигідно, оскільки, хоча ²³⁴U не розщеплюється, він має тенденцію поглинати повільні нейтрони в ядерному реакторі, що виділяє ²³⁵U. Це набагато ефективніше, ніж серія кроків ²³⁸U + n → ²³⁹Np → |²³⁹Pu у заміні споживання діляться ізотопу.

Уран-234 має поперечний переріз захоплення нейтронів близько 100 барнів для теплових нейтронів і близько 700 барнів для його резонансного інтеграла — середнього значення нейтронів, що мають діапазон проміжних енергій. У ядерному реакторі обидва нерозщеплювані ізотопи ²³⁴U та ²³⁸U захоплюють нейтрон, тим самим розмножуючи подільні ізотопи ²³⁵U та ²³⁹Pu відповідно. ²³⁴U легше перетворюється на ²³⁵U і, отже, швидше, ніж ²³⁸U, перетворюється на ²³⁹Pu (через нептуній-239), оскільки ²³⁸U має набагато менший поперечний переріз захоплення нейтронів – лише 2,7 барна. У реакції ²³⁴U + n → ²³⁵U, вміст ²³⁴U у збагаченому на 4,5 % паливі стабільно падає протягом періоду опромінення, зменшуючись від 450 г/тонну HM до 205 г/тонну HM у паливі з опроміненням 60 ГВт-день/тонну HM.

Крім того, (n, 2n) реакції з швидкими нейтронами також перетворюють невеликі кількості ²³⁵U в ²³⁴U. Цьому протидіє швидке перетворення доступного ²³⁴U у ²³⁵U шляхом захоплення теплових нейтронів. Відпрацьоване паливо може містити до 0,010% ²³⁴U, або 100 частин на мільйон, що є вищою часткою, ніж у природному урані (55 частин на мільйон). Збіднений уран, виділений під час процесу збагачення, містить набагато менше ²³⁴U (близько 0,001%^[1]), що робить радіоактивність збідненого урану приблизно вдвічі меншою, ніж у природного урану. Природний уран має «рівноважну» концентрацію ²³⁴U — точку, в якій відбувається однакова кількість розпадів ²³⁸U і ²³⁴U.

²³⁴U, а також ²³²U є звичайними побічними продуктами в реакторах, що перетворюють торій-232 в ²³³U, з протактинієм-233 як проміжною стадією.