Уран-234 (234
У
или U-234 ) является изотопом урана . В природном уране и в урановой руде 234 U встречается как косвенный продукт распада урана -238 , но он составляет всего 0,0055% (55 частей на миллион или 1/18 000) сырого урана, поскольку его период полураспада всего 245 500 лет составляет всего около 1/18 000 от периода полураспада 238 U. Таким образом, соотношение234
У к238
U в природном образце эквивалентно отношению их периодов полураспада. Основной путь производства 234 U посредством ядерного распада следующий: ядра урана-238 испускают альфа-частицу , превращаясь в торий-234 . Затем, с коротким периодом полураспада, ядра 234 Th испускают бета-частицу , превращаясь в протактиний -234 ( 234 Pa), или, что более вероятно, в ядерный изомер, обозначаемый 234m Pa. Наконец, ядра 234 Pa или 234m Pa испускают еще одну бета-частицу, превращаясь в ядра 234 U.
Ядра урана-234 распадаются путем альфа-излучения до тория-230, за исключением крошечной доли (миллиардных частей) ядер, которые подвергаются спонтанному делению .
Извлечение довольно небольших количеств 234 U из природного урана было бы осуществимо с использованием разделения изотопов , аналогичного тому, которое используется для обычного обогащения урана . Однако в химии , физике или технике нет реальной потребности в выделении 234 U. Очень маленькие чистые образцы 234 U могут быть извлечены с помощью процесса химического ионного обмена из образцов плутония-238 , которые были несколько состарены, чтобы позволить некоторому распаду до 234 U посредством альфа-излучения .
Обогащенный уран содержит больше 234 U, чем природный уран, как побочный продукт процесса обогащения урана, направленного на получение урана-235 , который концентрирует более легкие изотопы даже сильнее, чем 235 U. В исследовательской статье МАГАТЭ TECDOC-1529 делается вывод о том, что содержание 234 U в обогащенном топливе прямо пропорционально степени 235 U — обогащение 2% 235 U приводит к 150 г 234 U/тонну ТМ, а наиболее распространенное обогащение 4,5% 235 U приводит к 400 г 234 U/тонну ТМ. [1] Повышенный процент 234 U в обогащенном природном уране приемлем в современных ядерных реакторах . Переработанный (повторно обогащенный) уран содержит еще более высокие доли 234 U. Это выгодно, поскольку, хотя 234 U не является делящимся , он имеет тенденцию поглощать медленные нейтроны в ядерном реакторе, производя 235 U. Это намного эффективнее, чем последовательность шагов 238 U + n → 239 Np → 239 Pu при замене потребления делящегося изотопа.
Уран-234 имеет сечение захвата нейтронов около 100 барн для тепловых нейтронов и около 700 барн для своего резонансного интеграла — среднего значения нейтронов, имеющих диапазон промежуточных энергий. В ядерном реакторе неделящиеся изотопы 234 U и 238 U оба захватывают нейтрон, тем самым порождая делящиеся изотопы 235 U и 239 Pu соответственно. 234 U преобразуется в 235 U легче и, следовательно, с большей скоростью, чем 238 U в 239 Pu (через нептуний-239 ), поскольку 238 U имеет гораздо меньшее сечение захвата нейтронов, всего 2,7 барн. В реакции 234 U + n → 235 U содержание 234 U в топливе, обогащенном на 4,5%, неуклонно падает в течение периода облучения, снижаясь с 450 г/т ТМ до 205 г/т ТМ в топливе с облучением 60 ГВт·д/т ТМ. [2]
Кроме того, реакции (n, 2n) с быстрыми нейтронами также преобразуют небольшие количества 235 U в 234 U. Этому противодействует быстрое преобразование доступного 234 U в 235 U посредством захвата тепловых нейтронов . Отработанное топливо может содержать до 0,010% 234 U, или 100 частей на миллион , что выше, чем 55 частей на миллион в природном уране. Обедненный уран, выделенный в процессе обогащения, содержит гораздо меньше 234 U (около 0,001% [3] ), что делает радиоактивность обедненного урана примерно вдвое ниже, чем у природного урана. Природный уран имеет «равновесную» концентрацию 234 U — точку, в которой произойдет равное количество распадов 238 U и 234 U.
Уран-234, а также уран-232 являются обычными побочными продуктами в реакторах, преобразующих торий-232 в уран-233.