Уран-234

Ура́н-234 (англ. uranium-234), историческое название ура́н два (лат. Uranium II, обозначается символом U_II) — радиоактивный нуклид химического элемента урана с атомным номером 92 и массовым числом 234. Изотопная распространённость урана-234 в природе составляет 0,0055(2) %^[2]. Является членом радиоактивного семейства 4n+2, называемого рядом урана-радия. Был открыт в 1939 году Альфредом Ниром^[3].

Уран-234
Название, символ	Уран-234, 234U
Альтернативные названия	ура́н два, UII
Нейтронов	142
Свойства нуклида
Атомная масса	234,0409521(20)[1] а. е. м.
Дефект массы	38 146,6(18)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	7 600,708(8)[1] кэВ
Изотопная распространённость	0,0055(2) %[2]
Период полураспада	2,455(6)⋅105[2] лет
Продукты распада	230Th
Родительские изотопы	234Pa (β−) 234Np (β+) 238Pu (α)
Спин и чётность ядра	0+[2]
Канал распада Энергия распада α-распад 4,8577(7)[1] МэВ SF 24Ne, 26Ne, 28Mg
Таблица нуклидов

Период полураспада — 245 тыс. лет. Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 230,22 МБк.

Образование и распад

Уран-234 образуется в результате следующих распадов:

• β⁺-распад нуклида ²³⁴Np (период полураспада составляет 4,4(1)^[2] суток):

${\displaystyle \mathrm {^{234}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {~_{92}^{234}U} +e^{+}+{\nu }_{e};}$

• β⁻-распад нуклида ²³⁴Pa (период полураспада составляет 6,70(5)^[2] ч):

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

• α-распад нуклида ²³⁸Pu (период полураспада составляет 87,7(1)^[2] года):

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{234}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}$

Распад урана-234 происходит по следующим направлениям:

• α-распад в ²³⁰Th (вероятность 100 %^[2], энергия распада 4 857,7(7) кэВ^[1]):

${\displaystyle \mathrm {^{234}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{230}_{90}Th} +\mathrm {^{4}_{2}He}$ ;}

энергия испускаемых α-частиц 4 722,4 кэВ (в 28,42 % случаев) и 4 774,6 кэВ (в 71,38 % случаев)^[4].

• Спонтанное деление (вероятность 1,73(10)⋅10⁻⁹ %)^[2].
• Кластерный распад с образованием нуклида ²⁸Mg (вероятность распада 1,4(3)⋅10⁻¹¹ %^[2], по другим данным 3,9(10)⋅10⁻¹¹ %^[5]):

${\displaystyle \mathrm {^{234}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{206}_{80}Hg} +\mathrm {^{28}_{12}Mg} .}$

• Кластерный распад с образованием нуклидов ²⁴Ne и ²⁶Ne (вероятность распада 9(7)⋅10⁻¹² %^[2], по другим данным 2,3(7)⋅10⁻¹¹ %^[5]):

${\displaystyle \mathrm {^{234}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{210}_{82}Pb} +\mathrm {^{24}_{10}Ne}$ ;}

${\displaystyle \mathrm {^{234}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{208}_{82}Pb} +\mathrm {^{26}_{10}Ne} .}$

Изомеры

Известен единственный изомер ^234mU со следующими характеристиками^[2]:

• Избыток массы: 39 567,9(18) кэВ
• Энергия возбуждения: 1 421,32(10) кэВ
• Период полураспада: 33,5(20) мкc
• Спин и чётность ядра: 6⁻

Применение

Несмотря на крайне низкое массовое содержание, активность урана-234 в природном уране практически равна активности его долгоживущего предшественника по цепочке распада, урана-238, составляющего более 99 % массы природного урана, поскольку уран-234 и уран-238 находятся в равновесии. Соответственно уран-234 и уран-238 вносят каждый более 49 % в общую активность урана природного происхождения. При изготовлении топлива для ядерных установок (АЭС и т. п.) природный уран претерпевает процесс обогащения с целью повысить содержание урана-235. При этом относительное содержание урана-234, как ещё более лёгкого изотопа, повышается в ещё большей степени. Хотя массовое содержание урана-234 остаётся на уровне сотых долей процента, его активность становится преобладающей. Именно поэтому обогащённый уран с санитарно-гигиенической точки зрения рассматривается как уран-234.

Самостоятельное применение урана-234 весьма ограничено и связано в основном с его отмеченной выше особенностью. Главным образом он используется в контрольных радиоактивных источниках для калибровки радиометров, применяемых при радиационном мониторинге обогащённого урана.

В 1953 году В. В. Чердынцев и П. И. Чалов обнаружили увеличения отношения активностей изотопов ²³⁴U к ²³⁸U при переходе из твердой фазы в жидкую. Это открытие зарегистрировано в Государственном реестре открытий как эффект Чердынцева-Чалова^[6]. Неравновесность отношений четных изотопов урана широко используется в гидрогеологии^[7][8].

См. также

• Изотопы урана

Примечания

1. 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. 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. Волков В. А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И. Выдающиеся химики мира. — М.: Высшая школа, 1991. — С. 601. — 656 с.
4. Свойства ²³⁴U на сайте IAEA (International Atomic Energy Agency) (недоступная ссылка)
5. S. P. Tretyakova, Yu. S. Zamyatnin, V. N. Kovantsev, Yu. S. Korotkin, V. L. Mikheev and G. A. Timofeev. Observation of nucleon clusters in the spontaneous decay of ²³⁴U (англ.) // Zeitschrift für Physik A^[англ.] Atomic Nuclei : journal. — 1987. — Vol. 333, no. 4. — P. 349—353. — doi:10.1007/BF01299687. (недоступная ссылка)
6. Чердынцев В. В., Чалов П. И. Естественное разделение 234U и 238U // Открытия в СССР (сборник кратких описаний открытий, внесенных в Государственный реестр СССР). М.: ЦНИИПИ. 1977.
7. Osmond J.K., Gowart J.B. The theory and uses natural uranium isotopic Variations in hydrology // Atomic Energy Review, 1976. V. 144. P. 621—679.
8. Чалов П. И., Тузова Т. В., Тихонов А. И. и др. Неравновесный уран как индикатор при изучении процессов формирования и циркуляции подземных вод. // Геохимия. 1979. № 10. С.1499-1507.

Литература

• Чердынцев В.В. Уран-234.. — М.: Атомиздат, 1969. — 307 с.