Изотопи на ураниумот

Ураниум  (₉₂U)

Општи својства
Име и симбол	ураниум (U)
Изглед	металик сребрено-сива оксидира до црна боја
Ураниумот во периодниот систем
Nd ↑ U ↓ (Uqq) протактиниум ← ураниум → нептуниум
Атомски број	92
Стандардна атомска тежина (±) (Ar)	238,02891(3)[1]
Категорија	актиноид
Група и блок	група б.б., f-блок
Периода	VII периода
Електронска конфигурација	[Rn] 5f3 6d1 7s2
по обвивка	2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Физички својства
Фаза	цврста
Точка на топење	1.405,3 K ​(1.132,2 °C)
Точка на вриење	4.404 K ​(4.131 °C)
Густина близу с.т.	19,1 г/см3
кога е течен, при т.т.	17,3 г/см3
Топлина на топење	9,14 kJ/mol
Топлина на испарување	417,1 kJ/mol
Моларен топлински капацитет	27,665 J/(mol·K)
парен притисок P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k при T (K) 2.325 2.564 2.859 3.234 3.727 4.402
Атомски својства
Оксидациони степени	6, 5, 4, 3,[2] 2, 1 ​(слаб базичен оксид)
Електронегативност	Полингова скала: 1,38
Енергии на јонизација	I: 597,6 kJ/mol II: 1.420 kJ/mol
Атомски полупречник	емпириски: 156 пм
Ковалентен полупречник	196±7 пм
Ван дер Валсов полупречник	186 пм
Спектрални линии на ураниум
Разни податоци
Кристална структура	​орторомпска
Брзина на звукот тенка прачка	3.155 м/с (при 20 °C)
Топлинско ширење	13.9 µм/(m·K) (при 25 °C)
Топлинска спроводливост	27.5 W/(m·K)
Електрична отпорност	0.280 µΩ·m (при 0 °C)
Магнетно подредување	парамагнетно
Модул на растегливост	208 GPa
Модул на смолкнување	111 GPa
Модул на збивливост	100 GPa
Поасонов сооднос	0,23
Викерсова тврдост	1.960–2.500 MPa
Бринелова тврдост	2.350–3.850 MPa
CAS-број	7440-61-1
Историја
Наречен по	Според планетата Уран, која пак е именувана според лик од старогрчката митологија Уран
Откриен	Мартин Хајнрих Клапрот (1789)
Првпат издвоен	Ежен-Мелкјор Пелигот (1841)
Најстабилни изотопи
Главна статија: Изотопи на ураниумот
изо ПЗ полураспад РР РЕ (MeV) РП 232U расеан 68.9 г СЦ – – α 5,414 228Th 233U траги 1,592×105 г СЦ 197,93[3] – α 4,909 229Th 234U 0,005 % 2,455×105 г СЦ 197,78 – α 4,859 230Th 235U 0,720 % 7,04×108 г СЦ 202,48 – α 4,679 231Th 236U траги 2.342×107 г СЦ 201,82 – α 4,572 232Th 238U 99,274 % 4,468×109 г α 4,270 234Th СЦ 205,87 – β−β− – 238Pu
преглед разговор уреди | наводи | Википодатоци

Ураниумот (₉₂U) — 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 ²¹⁴U до ²⁴²U (освен ²²⁰U). Стандардната атомска тежина на природниот ураниум е 238,02891 ± (3).

Природниот ураниум се состои од три главни изотопи, ²³⁸U (99,2739-99,2752% природно изобилство), ²³⁵ U (0,7198-0,7202%) и ²³⁴U (0,0050-0,0059%).^[4] Сите три изотопи се радиоактивни (т.е. тие се радиоизотопи), а најзастапен и најстабилен е ураниум-238, со полураспад од 4.468.300.000 (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. ↑ ^mU – Возбуден јадрен изомер.
2. ↑ ( ) – Неизвесноста (1σ) е дадена во концизен облик во загради по соодветните последни цифри.
3. ↑ # – Атомска маса означена со #: вредноста и неизвесноста не се само изведени само од опитни податоци, туку барем делумно од трендови од масената површина (TMS).
4. ↑ Облици на распад:

   CD:	Гроздест распад
   EC:	Електронски зафат
   SF:	Спонтан распад

5. ↑ Задебелен закосен симбол како изведен – Изведениот производ е речиси производ.
6. ↑ Задебелен симбол како изведен – Изведениот производ е стабилен.
7. ↑ ( ) спинова вредност – Означува спин со слаби зададени аргументи.
8. ↑ ^{8,0 8,1} # – Вредностите означени со # не се само изведени од опитни податоци, туку барем делумно и од трендови во соседните нуклиди (TNN).

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 0,5 ms.^{[16][17][18][19]}

Ураниум-232 има полураспад од 68,9 години и е несакан производ во ториумовиот циклус . Тој е наведен како пречка за јадрена пролиферација користејќи ²³³U, бидејќи интензивното гама зрачење од ²⁰⁸Tl ќерка на ²³²U, произведено релативно брзо) го прави ²³³U контаминиран со него потежок за ракување. Ураниум-232 е редок пример за рамномерен изотоп кој е фисилен и со топлински и со брзи неутрони.^[20][21]

Ураниум-233 е фисилен изотоп кој се одгледува од ториум-232 како дел од циклусот на горивото на ториумот. ²³³U 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.^[22] 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.

²³⁴U 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 ²³⁴U е овој: ²³⁸U алфа се распаѓа до ториум-234. Следно, со краток полураспад, ²³⁴Th распаѓа на протактиниум-234. Конечно, ²³⁴Pa бета се распаѓа на ²³⁴U. ²³⁴U алфа се распаѓа до ториум-230, освен мал процент на јадра кои се подложени на спонтанo цепење.

Екстракција на мали количества ²³⁴U 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 ²³⁴U. Многу мали чисти примероци од ²³⁴U 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 ²³⁴ U.

Збогатениот ураниум содржи повеќе ²³⁴U од природниот ураниум како нуспроизвод на процесот на збогатување ураниум насочен кон добивање ураниум-235, кој концентрира полесни изотопи уште посилно од ²³⁵U. Зголемениот процент од ²³⁴U во збогатен природен ураниум е прифатлив во денешните јадрени реактори, но (повторно збогатениот) обработен ураниум може да содржи уште повисоки фракции од ²³⁴U, што е непожелно.^[23] Тоа е затоа што ²³⁴U не е фисилен, и има тенденција да апсорбира бавни неутрони во јадрениот реактор — станувајќи ²³⁵ U.^[24][23]

²³⁴U 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. ²³⁴U полесно се претвора во ²³⁵U и затоа со поголема брзина од ураниум-238 е во плутониум-239 (преку нептуниум-239), бидејќи ²³⁸U има многу помал пресек за фаќање неутрони од само 2,7 амбари.

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.^[25] Односот цепење-соединување се подобрува за побрзи неутрони.

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.

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.^[26]

Ураниум-238 (²³⁸U 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 ²³⁸U, 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 ¹⁷ секунди (4,468×10⁹ години). Осиромашениот ураниум има уште поголема концентрација од ²³⁸U, а дури и ниско збогатениот ураниум (LEU) сè уште е главно ²³⁸U. Реобработениот ураниум е исто така главно ²³⁸U, 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.

Ураниум-239 обично се произведува со изложување на ²³⁸U на неутронско зрачење во јадрен реактор. ²³⁹ 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.

²³⁹Np потоа, со полураспад од околу 2.356 дена, бета-распад до плутониум-239.

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 ²³⁸U+ ¹⁹⁸Pt. реакции на пренос на мултинуклеони ^[27][28] Неговиот полураспад е околу 40 минути.

п р у Изотопи на хемиските елементи
1 H																	2 He
3 Li	4 Be											5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne
11 Na	12 Mg											13 Al	14 Si	15 P	16 S	17 Cl	18 Ar
19 K	20 Ca	21 Sc	22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn	31 Ga	32 Ge	33 As	34 Se	35 Br	36 Kr
37 Rb	38 Sr	39 Y	40 Zr	41 Nb	42 Mo	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 Cd	49 In	50 Sn	51 Sb	52 Te	53 I	54 Xe
55 Cs	56 Ba		72 Hf	73 Ta	74 W	75 Re	76 Os	77 Ir	78 Pt	79 Au	80 Hg	81 Tl	82 Pb	83 Bi	84 Po	85 At	86 Rn
87 Fr	88 Ra		104 Rf	105 Db	106 Sg	107 Bh	108 Hs	109 Mt	110 Ds	111 Rg	112 Cn	113 Nh	114 Fl	115 Mc	116 Lv	117 Ts	118 Og
		57 La	58 Ce	59 Pr	60 Nd	61 Pm	62 Sm	63 Eu	64 Gd	65 Tb	66 Dy	67 Ho	68 Er	69 Tm	70 Yb	71 Lu
		89 Ac	90 Th	91 Pa	92 U	93 Np	94 Pu	95 Am	96 Cm	97 Bk	98 Cf	99 Es	100 Fm	101 Md	102 No	103 Lr
Таблица на нуклиди

Грешка во наводот: Има ознаки <ref> за група именувана како „n“, но нема соодветна ознака <references group="n"/>.