Уран-234

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

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) суток):
93 234 N p →   92 234 U + e + + ν e ; {displaystyle mathrm {^{234}_{93}Np} ightarrow mathrm {~_{92}^{234}U} +e^{+}+{ u }_{e};}
  • β−-распад нуклида 234Pa (период полураспада составляет 6,70(5) ч):
91 234 P a → 92 234 U + e − + ν ¯ e ; {displaystyle mathrm {^{234}_{91}Pa} ightarrow mathrm {^{234}_{92}U} +e^{-}+{ar { u }}_{e};}
  • α-распад нуклида 238Pu (период полураспада составляет 87,7(1) года):
94 238 P u → 92 234 U + 2 4 H e . {displaystyle mathrm {^{238}_{94}Pu} ightarrow mathrm {^{234}_{92}U} +mathrm {^{4}_{2}He} .}

Распад урана-234 происходит по следующим направлениям:

  • α-распад в 230Th (вероятность 100 %, энергия распада 4 857,7(7) кэВ):
92 234 U → 90 230 T h + 2 4 H e ; {displaystyle mathrm {^{234}_{92}U} ightarrow 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).

  • Спонтанное деление (вероятность 1,73(10)⋅10−9 %).
  • Кластерный распад с образованием нуклида 28Mg (вероятность распада 1,4(3)⋅10−11 %, по другим данным 3,9(10)⋅10−11 %):
92 234 U → 80 206 H g + 12 28 M g . {displaystyle mathrm {^{234}_{92}U} ightarrow mathrm {^{206}_{80}Hg} +mathrm {^{28}_{12}Mg} .}
  • Кластерный распад с образованием нуклидов 24Ne и 26Ne (вероятность распада 9(7)⋅10−12 %, по другим данным 2,3(7)⋅10−11 %):
92 234 U → 82 210 P b + 10 24 N e ; {displaystyle mathrm {^{234}_{92}U} ightarrow mathrm {^{210}_{82}Pb} +mathrm {^{24}_{10}Ne} ;} 92 234 U → 82 208 P b + 10 26 N e . {displaystyle mathrm {^{234}_{92}U} ightarrow mathrm {^{208}_{82}Pb} +mathrm {^{26}_{10}Ne} .}

Изомеры

Известен единственный изомер 234Um со следующими характеристиками:

  • 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. Неравновесность отношений четных изотопов урана широко используется в гидрогеологии.