Изотопы урана

Изото́пы ура́на — разновидности атомов (и ядер) химического элемента урана, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. На данный момент известны 26 изотопов урана и еще 6 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе встречаются три изотопа урана: ²³⁴U (изотопная распространенность 0,0054 %), ²³⁵U (0,7204 %), ²³⁸U (99,2742 %)^[1].

Наиболее долгоживущие из изотопов урана ²³⁸U (период полураспада 4,47 млрд лет), ²³⁵U (период полураспада 704 млн лет), ²³⁶U (период полураспада 23,4 млн лет), ²³⁴U (период полураспада 245 тыс. лет) и ²³³U (период полураспада 159 тыс. лет). Прочие изотопы имеют период полураспада менее 70 лет.

Нуклиды ²³⁵U и ²³⁸U являются родоначальниками радиоактивных рядов — ряда актиния и ряда радия соответственно. Нуклид ²³⁵U используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии (благодаря тому, что в нём возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция). Нуклид ²³⁸U используется для производства плутония-239, который также имеет чрезвычайно большое значение как в качестве топлива для ядерных реакторов, так и в производстве ядерного оружия.

Таблица изотопов урана

Символ нуклида	Историческое название	Z(p)	N(n)	Масса изотопа[2] (а. е. м.)	Период полураспада[1] (T1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра[1]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
		Энергия возбуждения
215U		92	123	215,026760(90)	1,4(0,9) мс	α	211Th	5/2−#
216U		92	124	216,024760(30)	6,9(2,9) мс	α	212Th	0+
216mU					1,4(0,9) мс			8+
217U		92	125	217,02437(9)	0,85(0,71) мс	α	213Th	1/2−#
218U		92	126	218,02354(3)	0,35(0,09) мс	α	214Th	0+
219U		92	127	219,02492(6)	60(7) мкс	α	215Th	9/2+#
220U		92	128	220,02472(22)#	60# нс	α	216Th	0+
						β+ (редко)	220Pa
221U		92	129	221,02640(11)#	0,66(14) мкс	α	217Th	(9/2+)
222U		92	130	222,02609(11)#	4,7(0,7) мкс	α	218Th	0+
						β+ (10−6%)	222Pa
223U		92	131	223,02774(8)	65(12) мкс	α	219Th	7/2+#
224U		92	132	224,027605(27)	396(17) мкс	α	220Th	0+
225U		92	133	225,02939#	62(4) мс	α	221Th	(5/2+)#
226U		92	134	226,029339(14)	269(6) мс	α	222Th	0+
227U		92	135	227,031156(18)	1,1(0,1) мин	α	223Th	(3/2+)
						β+ (0,001%)	227Pa
228U		92	136	228,031374(16)	9,1(0,2) мин	α (95%)	224Th	0+
						ЭЗ (5%)	228Pa
229U		92	137	229,033506(6)	57,8(0,5) мин	β+ (80%)	229Pa	(3/2+)
						α (20%)	225Th
230U		92	138	230,033940(5)	20,23(0,02) сут	α	226Th	0+
						СД (1,4⋅10−10%)	(разные)
						β+β+ (редко)	230Th
231U		92	139	231,036294(3)	4,2(0,1) сут	ЭЗ	231Pa	(5/2)(+#)
						α (0,004%)	227Th
232U		92	140	232,0371562(24)	68,9(0,4) года	α	228Th	0+
						КР (8,9⋅10−10%)	208Pb 24Ne
						КР (5⋅10−12%)	204Hg 28Mg
						СД (10−12%)	(разные)
233U		92	141	233,0396352(29)	1,592(2)⋅105 лет	α	229Th	5/2+
						СД (6⋅10−9%)	(разные)
						КР (7,2⋅10−11%)	209Pb 24Ne
						КР (1,3⋅10−13%)	205Hg 28Mg
234U	Уран II	92	142	234,0409521(20)	2,455(6)⋅105 лет	α	230Th	0+	0,000054(5)	0,000050– 0,000059
						СД (1,73⋅10−9%)	(разные)
						КР (1,4⋅10−11%)	206Hg 28Mg
						КР (9⋅10−12%)	184Hf 26Ne 24Ne
234mU		1421,32(10) кэВ			33,5(2,0) мс			6−
235U	Актин уран Актино-уран	92	143	235,0439299(20)	7,038(1)⋅108 лет	α	231Th	7/2−	0,007204(6)	0,007198– 0,007207
						СД (7⋅10−9%)	(разные)
						КР (8⋅10−10%)	186Hf 25Ne 24Ne
235mU		0,0765(4) кэВ			~26 мин	ИП	235U	1/2+
236U		92	144	236,045568	2,342(3)⋅107 лет	α	232Th	0+
						СД (9,6⋅10−8%)	(разные)
236m1U		1052,89(19) кэВ			100(4) нс			(4)−
236m2U		2750(10) кэВ			120(2) нс			(0+)
237U		92	145	237,0487302(20)	6,752(0,002) сут	β−	237Np	1/2+
238U	Уран I	92	146	238,0507882(20)	4,468(3)⋅109 лет	α	234Th	0+	0,992742(10)	0,992739– 0,992752
						СД (5,45⋅10−5%)	(разные)
						β−β− (2,19⋅10−10%)	238Pu
238mU		2557,9(5) кэВ			280(6) нс			0+
239U		92	147	239,0542933(21)	23,45(0,02) мин	β−	239Np	5/2+
239m1U		20(20)# кэВ			>250 нс			(5/2+)
239m2U		133,7990(10) кэВ			780(40) нс			1/2+
240U		92	148	240,056592(6)	14,1(0,1) ч	β−	240Np	0+
						α (10−10%)	236Th
241U[3][4]		92	149	241,06031(5)[3]	~40 мин[3]	β−	241Np	7/2+#
242U		92	150	242,06293(22)#	16,8(0,5) мин	β−	242Np	0+

Пояснения к таблице

• Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.

• Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.

• Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.

• Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.

• Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

Примечания

1. Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.
2. Данные приведены по Huang W. J., Meng Wang, Kondev F. G., Audi G., Naimi S. The Ame2020 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data, and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 43, iss. 3. — P. 030002-1—030002-342. — doi:10.1088/1674-1137/abddb0.
3. Niwase T. et al. Discovery of New Isotope ²⁴¹U and Systematic High-Precision Atomic Mass Measurements of Neutron-Rich Pa-Pu Nuclei Produced via Multinucleon Transfer Reactions (англ.) // Physical Review Letters. — 2023. — Vol. 130, no. 13. — P. 132502. — ISSN 0031-9007. — doi:10.1103/PhysRevLett.130.132502. [исправить]
4. Изотоп был открыт косвенными методами (по наблюдению продуктов его бета-распада — ²⁴¹Am и ²⁴¹Pu) в 1960 при изучении радиоактивных осадков после испытания термоядерного взрывного устройства Ivy Mike (1952); ²⁴¹U образовывался при термоядерном взрыве в условиях высокого нейтронного потока в результате трёх последовательных захватов нейтронов ядрами ²³⁸U, см. Diamond H. et al. Heavy Isotope Abundances in Mike Thermonuclear Device (англ.) // Physical Review. — 1960. — Vol. 119, no. 6. — P. 2000—2004. — ISSN 0031-899X. — doi:10.1103/PhysRev.119.2000. [исправить]