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