Уран-232

Уран-232 Таблица нуклидов
Общие сведения
Название, символ	Уран-232, 232U
Нейтронов	140
Протонов	92
Свойства нуклида
Атомная масса	232,0371562(24)[1] а. е. м.
Избыток массы	34 610,7(22)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	7 611,892(10)[1] кэВ
Период полураспада	68,9(4)[2] года
Продукты распада	228Th
Родительские изотопы	α)
Спин и чётность ядра	0+[2]
Канал распада	Энергия распада
α-распад	5,41363(9)[1] МэВ
SF
24Ne, 28Mg

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 [2] мин):

$\mathrm{^{232}_{93}Np}\rightarrow\mathrm{~^{232}_{92}U} + e^+ + {\nu}_e;$

• β⁻-распад нуклида [2] суток):

$\mathrm{^{234}_{91}Pa} \rightarrow \mathrm{^{234}_{92}U} + e^- + \bar{\nu}_e;$

• α-распад нуклида [2] года):

$\mathrm{^{236}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm{^{232}_{92}U} + \mathrm{^{4}_{2}He}.$

Распад урана-232 происходит по следующим направлениям:

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

$\mathrm{^{232}_{92}U} \rightarrow \mathrm{^{228}_{90}Th} + \mathrm{^{4}_{2}He};$

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 [2]:

$\mathrm{^{232}_{92}U} \rightarrow \mathrm{^{204}_{80}Hg} + \mathrm{^{28}_{12}Mg};$

• Кластерный распад с образованием нуклида [2]:

$\mathrm{^{232}_{92}U} \rightarrow \mathrm{^{208}_{82}Pb} + \mathrm{^{24}_{10}Ne}.$

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:

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

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

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

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:

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

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, затрудняя безопасность работы с ним.

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

См. также

• Изотопы урана

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4 5} G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
2. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9} G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
3. ↑ Свойства ²³²U на сайте IAEA (International Atomic Energy Agency)
4. ↑ ^{1 2} Carey Sublette Nuclear Weapons Frequently Asked Questions  (англ.). nuclearweaponarchive.org. Архивировано из первоисточника 26 апреля 2012. Проверено 25 мая 2010.
5. ↑ Таблица нуклидов на сайте МАГАТЭ

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