stringtranslate.com

Уран-236

Уран-236 (236
У
или U-236 ) — изотоп урана , который не делится тепловыми нейтронами и не является хорошим воспроизводящим материалом , но обычно считается вредным и долгоживущим радиоактивным отходом . Он содержится в отработанном ядерном топливе и в переработанном уране, полученном из отработанного ядерного топлива.

Создание и урожайность

Расщепляющийся изотоп уран-235 является топливом для большинства ядерных реакторов . Когда 235U поглощает тепловой нейтрон , может произойти один из двух процессов. Примерно в 85,5% случаев он будет делиться ; примерно в 14,5% случаев он не будет делиться, вместо этого испуская гамма-излучение и давая 236U . [1] [2] Таким образом, выход 236U на реакцию 235U +n составляет около 14,5%, а выход продуктов деления составляет около 85,5%. Для сравнения, выходы наиболее распространенных отдельных продуктов деления, таких как цезий-137 , стронций-90 и технеций-99 , составляют от 6% до 7%, а объединенный выход среднеживущих (10 лет и более) и долгоживущих продуктов деления составляет около 32% или на несколько процентов меньше, поскольку некоторые из них трансмутируют путем захвата нейтронов . Цезий-135 является наиболее заметным «отсутствующим продуктом деления», поскольку его гораздо больше содержится в радиоактивных осадках , чем в отработанном ядерном топливе , поскольку его родительский нуклид ксенон-135 является сильнейшим известным нейтронным ядом .

Второй по использованию делящийся изотоп плутоний-239 также может делиться или не делиться при поглощении теплового нейтрона. Продукт плутоний-240 составляет большую часть реакторного плутония (плутоний, переработанный из отработанного топлива, которое изначально было изготовлено из обогащенного природного урана, а затем использовано один раз в LWR ). 240 Pu распадается с периодом полураспада 6561 год в 236 U. В замкнутом ядерном топливном цикле большая часть 240 Pu будет делиться (возможно, после более чем одного захвата нейтрона) до того, как распадется, но 240 Pu, выброшенный как ядерные отходы, будет распадаться в течение тысяч лет. Как240
Pu имеет более короткий период полураспада, чем239
Pu , сорт любого образца плутония, в основном состоящего из этих двух изотопов, будет медленно увеличиваться, в то время как общее количество плутония в образце будет медленно уменьшаться на протяжении столетий и тысячелетий. Альфа- распад240
Pu производит уран-236, в то время как239
Pu распадается до урана-235.

Хотя большая часть урана-236 была произведена путем захвата нейтронов в ядерных энергетических реакторах, он в основном хранится в ядерных реакторах и хранилищах отходов. Наиболее значительный вклад в распространенность урана-236 в окружающей среде вносит реакция 238 U(n,3n) 236 U быстрыми нейтронами в термоядерном оружии . Испытания атомной бомбы в 1940-х, 1950-х и 1960-х годах значительно повысили уровень распространенности окружающей среды выше ожидаемых естественных уровней. [8]

Разрушение и распад

236 U при поглощении теплового нейтрона не подвергается делению, а становится 237 U, который быстро подвергается бета-распаду до 237 Np . Однако сечение захвата нейтронов 236 U невелико, и этот процесс не происходит быстро в тепловом реакторе . Отработанное ядерное топливо обычно содержит около 0,4% 236 U. При гораздо большем сечении 237 Np может в конечном итоге поглотить другой нейтрон и стать 238 Np , который быстро подвергается бета-распаду до плутония-238 (другого неделящегося изотопа).

236 U и большинство других изотопов актинидов расщепляются быстрыми нейтронами в ядерной бомбе или реакторе на быстрых нейтронах . Небольшое количество быстрых реакторов десятилетиями использовалось в исследовательских целях, но их широкое использование для производства энергии все еще в будущем.

Уран-236 альфа распадается с периодом полураспада 23,420 миллионов лет до тория-232 . Он более долговечен, чем любые другие искусственные актиниды или продукты деления, получаемые в ядерном топливном цикле . ( Плутоний-244 , имеющий период полураспада 80 миллионов лет, не производится в значительных количествах в ядерном топливном цикле , а более долгоживущие уран-235 , уран-238 и торий-232 встречаются в природе.)

Трудность разделения

В отличие от плутония , младших актинидов , продуктов деления или продуктов активации , химические процессы не могут отделить 236 U от 238 U , 235 U, 232 U или других изотопов урана. Его даже трудно удалить с помощью изотопного разделения , поскольку низкое обогащение будет концентрировать не только желаемые 235 U и 233 U , но и нежелательные 236 U, 234 U и 232 U. С другой стороны, 236 U в окружающей среде не может отделиться от 238 U и концентрироваться отдельно, что ограничивает его радиационную опасность в каком-либо одном месте.

Вклад в радиоактивность переработанного урана

Период полураспада 238 U примерно в 190 раз больше, чем у 236 U; следовательно, 236 U должен иметь примерно в 190 раз большую удельную активность . То есть, в переработанном уране с 0,5% 236 U, 236 U и 238 U будут производить примерно одинаковый уровень радиоактивности . ( 235 U вносит лишь несколько процентов.)

Соотношение меньше 190, если включить продукты распада каждого из них. Цепочка распада урана-238 до урана-234 и, в конечном итоге, свинца-206 включает в себя испускание восьми альфа-частиц за время (сотни тысяч лет), короткое по сравнению с периодом полураспада 238 U, так что образец 238 U в равновесии с продуктами его распада (как в природной урановой руде ) будет иметь в восемь раз большую альфа-активность, чем только 238 U. Даже очищенный природный уран , из которого удалены продукты распада после урана, будет содержать равновесное количество 234 U и, следовательно, примерно в два раза большую альфа-активность чистого 238 U. Обогащение для увеличения содержания 235 U увеличит содержание 234 U в еще большей степени, и примерно половина этого 234 U сохранится в отработанном топливе. С другой стороны, 236U распадается на торий-232 , период полураспада которого составляет 14 миллиардов лет, что эквивалентно скорости распада, составляющей всего 31,4% от скорости распада 238U .

Обедненный уран

Обедненный уран, используемый в кинетических пенетраторах и т. д., как предполагается, изготавливается из хвостов обогащения урана , которые никогда не подвергались облучению в ядерном реакторе , а не из переработанного урана . Однако были заявления, что некоторый обедненный уран содержал небольшие количества 236 U. [9]


Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Capture-to-fission Ratio". nuclear-power.com . Получено 26 июня 2024 г. .
  2. ^ Cabell, MJ; Slee, LJ (1962). «Отношение захвата нейтронов к делению для урана-235». Журнал неорганической и ядерной химии . 24 (12): 1493–1500. doi :10.1016/0022-1902(62)80002-5.
  3. ^ Плюс радий (элемент 88). Хотя на самом деле он является субактинидом, он непосредственно предшествует актинию (89) и следует за трехэлементным промежутком нестабильности после полония (84), где ни один нуклид не имеет периода полураспада не менее четырех лет (самый долгоживущий нуклид в промежутке — радон-222 с периодом полураспада менее четырех дней ). Самый долгоживущий изотоп радия, с периодом полураспада 1600 лет, таким образом, заслуживает включения элемента сюда.
  4. ^ В частности, из деления урана-235 тепловыми нейтронами , например, в типичном ядерном реакторе .
  5. ^ Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). "Период альфа-полураспада берклия-247; новый долгоживущий изомер берклия-248". Nuclear Physics . 71 (2): 299. Bibcode : 1965NucPh..71..299M. doi : 10.1016/0029-5582(65)90719-4.
    «Изотопный анализ выявил вид с массой 248 в постоянном количестве в трех образцах, проанализированных в течение периода около 10 месяцев. Это было приписано изомеру Bk 248 с периодом полураспада более 9 [лет]. Роста Cf 248 обнаружено не было, а нижний предел для периода полураспада β − можно установить на уровне около 10 4 [лет]. Альфа-активности, приписываемой новому изомеру, не обнаружено; период полураспада альфа, вероятно, превышает 300 [лет]».
  6. ^ Это самый тяжелый нуклид с периодом полураспада не менее четырех лет до « моря нестабильности ».
  7. ^ Исключая « классически стабильные » нуклиды с периодами полураспада, значительно превышающими период полураспада 232Th ; например, в то время как период полураспада 113mCd составляет всего четырнадцать лет, период полураспада 113Cd составляет восемь квадриллионов лет.
  8. ^ Винклер, Стефан; Питер Штайер; Джессика Карилли (2012). «Выпадение бомбы 236U как глобальный океанический трассер с использованием ежегодно разрешаемого кораллового сердечника». Earth and Planetary Science Letters . 359–360 (1): 124–130. Bibcode : 2012E & PSL.359..124W. doi : 10.1016/j.epsl.2012.10.004. PMC 3617727. PMID  23564966. 
  9. ↑ ЮНЕП (16 января 2001 г.). «ПРОГРАММА ООН ПО ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ПОДТВЕРЖДАЕТ, ЧТО УРАН 236 ОБНАРУЖЕН В ПЕНЕТРАТОРАХ ИЗ ОБЕДНЕННОГО УРАНА». Организация Объединенных Наций . Архивировано из оригинала 17 июля 2001 г. Получено 10 февраля 2021 г.

Внешние ссылки