Уран-233

Ура́н-233 (англ. uranium-233) — радиоактивный нуклид химического элемента урана с атомным номером 92 и массовым числом 233. Является членом радиоактивного семейства 4n+1, называемого рядом нептуния. Обладает способностью делиться под воздействием нейтронов, благодаря чему используется в качестве ядерного топлива в некоторых типах ядерных реакторов. Был открыт в 1941—1942 гг. Сиборгом, Гофманом^[англ.] и Стоутоном (англ. R. W. Stoughton)^[3].

Уран-233
Название, символ	Уран-233, 233U
Нейтронов	141
Свойства нуклида
Атомная масса	233,0396352(29)[1] а. е. м.
Дефект массы	36 920,0(27)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	7 603,953(12)[1] кэВ
Период полураспада	159 200[2] лет
Продукты распада	229Th
Родительские изотопы	233Pa (β−) 233Np (β+) 237Pu (α)
Спин и чётность ядра	5/2+[2]
Канал распада Энергия распада α-распад 4,9085(12)[1] МэВ SF 24Ne, 28Mg
Таблица нуклидов
Медиафайлы на Викискладе

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 356,54 МБк.

Образование и распад

В отличие от трёх более тяжёлых изотопов Уран-233 не встречается в природе^[4] и имеет наименьший период полураспада, который в различных источниках указывается как 159,2 тысяч лет^[2] или 160 тысяч лет^[4].

С середины 1960-х до начала 1970 годов предпринимались попытки получения ²³³U облучением Тория-232^[4].

Уран-233 образуется в результате следующих распадов:

• β⁺-распад нуклида ²³³Np (период полураспада составляет 36,2(1)^[2] мин):

${\displaystyle \mathrm {^{233}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {~_{92}^{233}U} +e^{+}+{\nu }_{e};}$

• β⁻-распад нуклида ²³³Pa (период полураспада составляет 26,967(2)^[2] суток):

${\displaystyle \mathrm {^{233}_{91}Pa} \rightarrow \mathrm {^{233}_{92}U} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}$

• α-распад нуклида ²³⁷Pu (период полураспада составляет 45,2(1)^[2] суток):

${\displaystyle \mathrm {^{237}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{233}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}$

Распад урана-233 происходит по следующим направлениям:

• α-распад в ²²⁹Th (вероятность 100 %^[2], энергия распада 4 908,5(12) кэВ^[1]):

${\displaystyle \mathrm {^{233}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{229}_{90}Th} +\mathrm {^{4}_{2}He}$ ;}

энергия испускаемых α-частиц 4 729,2 кэВ (в 1,610 % случаев), 4 783,5 кэВ (в 13,20 % случаев) и 4 824,2 кэВ (в 84,4 % случаев)^[5].

• Спонтанное деление (вероятность менее 6⋅10⁻⁹ %)^[2];
• Кластерный распад с образованием нуклида ²⁸Mg (вероятность распада менее 1,3⋅10⁻¹³ %)^[2]:

${\displaystyle \mathrm {^{233}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{205}_{80}Hg} +\mathrm {^{28}_{12}Mg}$ ;}

• Кластерный распад с образованием нуклида ²⁴Ne (вероятность распада 7,2(9)⋅10⁻¹¹ %)^[2]:

${\displaystyle \mathrm {^{233}_{92}U} \rightarrow \mathrm {^{209}_{82}Pb} +\mathrm {^{24}_{10}Ne} .}$

Получение

Уран-233 получают путём облучения нейтронами тория-232. Превращение происходит по следующей цепочке:

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

Применение

200-метровое облако над территорией Frenchman Flat после взрыва Teapot «MET» 15 апреля 1955 года, 22 кт. Этот снаряд имел сердцевину из урана-233

• Благодаря своей способности делиться под воздействием нейтронов, уран-233 используется в качестве ядерного топлива в некоторых типах ядерных реакторов (является основой уран-ториевого топливного цикла). Средняя энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана-233 с учётом распада осколков, составляет приблизительно 197,9 МэВ = 3,171⋅10⁻¹¹ Дж, или 19,09 ТДж/моль = 81,95 ТДж/кг^[6].
• Возможно применение урана-233 в качестве делящегося компонента ядерного оружия. Во время операции Teapot была взорвана бомба с сердечником, содержащим уран-233. Примесь урана-232 в уране-233 создаёт жёсткое проникающее излучение, поэтому несмотря на меньшую критическую массу урана-233 по сравнению с ураном-235, именно последний используется при изготовлении ядерных зарядов ввиду относительно слабой радиоактивности.

См. также

• Изотопы урана
• Ториевая ядерная программа