Уран-232

Уран-232
Уран-232
Название, символ	Уран-232, 232U
Нейтронов	140
Свойства нуклида
Атомная масса	232,0371562(24) а. е. м.
Дефект массы	34 610,7(22) кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	7 611,892(10) кэВ
Период полураспада	68,9(4) года
Продукты распада	228Th
Родительские изотопы	232Pa (β−); 232Np (β+); 236Pu (α)
Спин и чётность ядра	0+
α-распад	5,41363(9) МэВ
SF
24Ne, 28Mg
	Таблица нуклидов

Ура́н-232 (англ. uranium-232) — радиоактивный нуклид химического элемента урана с атомным номером 92 и массовым числом 232. Благодаря длинной цепи распада и большему, чем у большинства других изотопов, удельному энерговыделению, уран-232 является перспективным нуклидом для применения в радиоизотопных источниках энергии.

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 827,38 ГБк.

Образование и распад

Уран-232 образуется в результате следующих распадов:

β⁺-распад нуклида ²³²Np (период полураспада составляет 14,7(3)^[2] мин):

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{232}_{93}Np}\rightarrow\mathrm{~^{232}_{92}U} + e^+ + {\nu}_e; }[/math]

β⁻-распад нуклида ²³²Pa (период полураспада составляет 1,31(2)^[2] суток):

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{232}_{91}Pa} \rightarrow \mathrm{^{232}_{92}U} + e^- + \bar{\nu}_e; }[/math]

α-распад нуклида ²³⁶Pu (период полураспада составляет 2,858(8)^[2] года):

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{236}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm{^{232}_{92}U} + \mathrm{^{4}_{2}He}. }[/math]

Распад урана-232 происходит по следующим направлениям:

α-распад в ²²⁸Th (вероятность почти 100 %^[2], энергия распада 5 413,63(9) кэВ^[1]):

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{232}_{92}U} \rightarrow \mathrm{^{228}_{90}Th} + \mathrm{^{4}_{2}He}; }[/math]

энергия испускаемых α-частиц 5 263,36 кэВ (в 31,55 % случаев) и 5 320,12 кэВ (в 68,15 % случаев)^[3].

Спонтанное деление (вероятность менее 1⋅10⁻¹² %)^[2];
Кластерный распад с образованием нуклида ²⁸Mg (вероятность распада менее 5⋅10⁻¹² %)^[2]:

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{232}_{92}U} \rightarrow \mathrm{^{204}_{80}Hg} + \mathrm{^{28}_{12}Mg}; }[/math]

Кластерный распад с образованием нуклида ²⁴Ne (вероятность распада 8,9(7)⋅10⁻¹⁰ %)^[2]:

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{232}_{92}U} \rightarrow \mathrm{^{208}_{82}Pb} + \mathrm{^{24}_{10}Ne}. }[/math]

Получение

Уран-232 образуется в качестве побочного продукта при наработке урана-233 путём бомбардировки нейтронами тория-232. Наряду с реакцией образования урана-233, в облучаемом ториевом топливе происходят следующие побочные реакции:

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{232}_{90}Th} (n,\gamma) \rightarrow \mathrm{^{233}_{90}Th} \xrightarrow[22,3\ min]{\beta^-\ 1,243\ MeV} \mathrm{^{233}_{91}Pa} \xrightarrow[26,967\ d]{\beta^-\ 0,5701\ MeV} \mathrm{^{233}_{92}U}(n, 2n) \rightarrow \mathrm{^{232}_{92}U}; }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{232}_{90}Th} (n,\gamma) \rightarrow \mathrm{^{233}_{90}Th} \xrightarrow[22,3\ min]{\beta^-\ 1,243\ MeV} \mathrm{^{233}_{91}Pa} (n, 2n) \rightarrow \mathrm{^{232}_{91}Pa} \xrightarrow[1,31\ d]{\beta^-\ 1,337\ MeV} \mathrm{^{232}_{92}U}; }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{232}_{90}Th} (n,2n) \rightarrow \mathrm{^{231}_{90}Th} \xrightarrow[25,52\ h]{\beta^-\ 0,3916\ MeV} \mathrm{^{231}_{91}Pa} (n, \gamma) \rightarrow \mathrm{^{232}_{91}Pa} \xrightarrow[1,31\ d]{\beta^-\ 1,337\ MeV} \mathrm{^{232}_{92}U}. }[/math]

Ввиду того, что эффективное сечение реакций (n, 2n) для тепловых нейтронов мало, выход урана-232 зависит от наличия значительного количества быстрых нейтронов (с энергией не менее 6 МэВ).

Если в ториевом топливе присутствует в значительных количествах нуклид торий-230, то образование урана-232 дополняется следующей реакцией, идущей с тепловыми нейтронами:

[math]\displaystyle{ \mathrm{^{230}_{90}Th} + ^{1}_{0}n \rightarrow \mathrm{^{231}_{90}Th} \xrightarrow[25,52\ h]{\beta^-\ 0,3916\ MeV} \mathrm{^{231}_{91}Pa} (n, \gamma) \rightarrow \mathrm{^{232}_{91}Pa} \xrightarrow[1,31\ d]{\beta^-\ 1,337\ MeV} \mathrm{^{232}_{92}U}. }[/math]

Так как наличие урана-232 в облученном топливе затрудняет безопасность работы с ним (см. раздел «Применение»), для снижения образования урана-232 необходимо использовать ториевое топливо с минимальной концентрацией тория-230^[4].

Применение

Уран-232 является родоначальником длинной цепочки распада, в которую входят нуклиды-излучатели жёстких гамма-квантов^[5]:

²³²U (α; 68,9 года)

²²⁸Th (α; 1,9 года)

²²⁴Ra (α; 3,6 суток; испускает γ-квант 0,24 МэВ в 4,10 % случаев распада)

²²⁰Rn (α; 56 с; γ 0,55 МэВ, 0,114 %)

²¹⁶Po (α; 0,15 с)

²¹²Pb (β−; 10,64 часа)

²¹²Bi (α; 61 мин; γ 0,73 МэВ, 6,67 %; γ 1,62 МэВ, 1,47 %)

²⁰⁸Tl (β−; 3 мин; γ 2,6 МэВ, 99,16 %; γ 0,58 МэВ, 84,5 %)

²⁰⁸Pb (стабильный)

Быстрая последовательность распадов, начинающихся с радия-224, сопровождается значительным количеством гамма-излучения, при этом около 85 % всей энергии гамма-излучения образуется при распаде таллия-208, излучающего преимущественно гамма-кванты с энергией 2,6 МэВ^[4]. Данная особенность приводит к тому, что наличие урана-232 в качестве примеси к урану-233 является крайне нежелательным, повышая опасность работы с ним.

С другой стороны, высокое удельное энерговыделение делает этот нуклид чрезвычайно перспективным для использования в радиоизотопных источниках энергии.

См. также

Примечания

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 ^2,6 ^2,7 ^2,8 Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
↑ Свойства ²³²U на сайте IAEA (International Atomic Energy Agency) (недоступная ссылка)
↑ ^4,0 ^4,1 Carey Sublette. Nuclear Weapons Frequently Asked Questions (англ.). nuclearweaponarchive.org. Дата обращения: 25 мая 2010. Архивировано 26 апреля 2012 года.
↑ Таблица нуклидов на сайте МАГАТЭ (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 25 мая 2010. Архивировано 10 июня 2010 года.

[AME2003-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.

[Nubase2003-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 ^2,6 ^2,7 ^2,8 Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.

[3] Свойства ²³²U на сайте IAEA (International Atomic Energy Agency) (недоступная ссылка)

[faq-4] 4,0 ^4,1 Carey Sublette. Nuclear Weapons Frequently Asked Questions (англ.). nuclearweaponarchive.org. Дата обращения: 25 мая 2010. Архивировано 26 апреля 2012 года.

[5] Таблица нуклидов на сайте МАГАТЭ (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 25 мая 2010. Архивировано 10 июня 2010 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

Легче: уран-231	Уран-232 является изотопом урана	Тяжелее: уран-233
Изотопы элементов • Таблица нуклидов