Уран-232

Шаблон:Нуклид Ура́н-232 (Шаблон:Lang-en) — 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 ГБк, или 22,4 кюри.

Образование и распад

Уран-232 образуется в результате следующих распадов:

• β⁺-распад нуклида ²³²Np (период полураспада составляет 14,7(3) мин):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{3}}\mathrm{N}\mathrm{p}\to {}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}\mathrm{U}+e^{+}+{\nu }_e;$

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

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e;$

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

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{6}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{4}}\mathrm{P}\mathrm{u}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}.$

Распад урана-232 происходит по следующим направлениям:

• α-распад в ²²⁸Th (вероятность почти 100 %, энергия распада 5 413,63(9) кэВ, энергия испускаемых α-частиц 5263,36 кэВ (в 31,55 % случаев) и 5320,12 кэВ (в 68,15 % случаев)):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{2}\mathrm{8}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}+{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e};$

• Кластерный распад с образованием нуклида ²⁴Ne (вероятность распада 8,9(7)Шаблон:E %):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{8}}{}_{\mathrm{8}\mathrm{2}}\mathrm{P}\mathrm{b}+{}^{\mathrm{2}\mathrm{4}}{}_{\mathrm{1}\mathrm{0}}\mathrm{N}\mathrm{e}.$

Предсказаны, однако в эксперименте достоверно не наблюдались следующие моды распадов:

• Спонтанное деление (вероятность менее 1Шаблон:E %);
• Кластерный распад с образованием нуклида ²⁸Mg (вероятность распада менее 5Шаблон:E %):

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{0}\mathrm{4}}{}_{\mathrm{8}\mathrm{0}}\mathrm{H}\mathrm{g}+{}^{\mathrm{2}\mathrm{8}}{}_{\mathrm{1}\mathrm{2}}\mathrm{M}\mathrm{g}.$

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:

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}(n,\gamma )\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\underset{22,3\text{мин}}{\overset{{\beta }^{-}1,243\text{МэВ}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}\underset{26,967\text{сут}}{\overset{{\beta }^{-}0,5701\text{МэВ}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}(n,2n)\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U};$

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}(n,\gamma )\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\underset{22,3\text{мин}}{\overset{{\beta }^{-}1,243\text{МэВ}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{3}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}(n,2n)\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}\underset{1,31\text{сут}}{\overset{{\beta }^{-}1,337\text{МэВ}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U};$

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}(n,2n)\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{1}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\underset{25,52\text{ч}}{\overset{{\beta }^{-}0,3916\text{МэВ}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{1}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}(n,\gamma )\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}\underset{1,31\text{сут}}{\overset{{\beta }^{-}1,337\text{МэВ}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}.$

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:

${}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{0}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}{+}_0^{1}n\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{1}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{0}}\mathrm{T}\mathrm{h}\underset{25,52\text{ч}}{\overset{{\beta }^{-}0,3916\text{МэВ}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{1}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}(n,\gamma )\to {}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{1}}\mathrm{P}\mathrm{a}\underset{1,31\text{сут}}{\overset{{\beta }^{-}1,337\text{МэВ}}{\to }}{}^{\mathrm{2}\mathrm{3}\mathrm{2}}{}_{\mathrm{9}\mathrm{2}}\mathrm{U}.$

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.

Применение

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

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. 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

• Изотопы урана
• Ториевая ядерная программа