Уран-234 ( 234 U или U-234 ) — изотоп урана . В природном уране и урановой руде 234 U встречается как косвенный продукт распада урана -238 , но он составляет лишь 0,0055% (55 частей на миллион , или 1/18 000) сырого урана, поскольку период его полураспада всего лишь 245 500 лет — это всего лишь около 1/18 000 длины 238 U. Таким образом, соотношение234
Ты , чтобы238
U в природном образце эквивалентен отношению их периодов полураспада. Основной путь производства 234 U посредством ядерного распада заключается в следующем: ядра урана-238 испускают альфа-частицу и превращаются в торий-234 . Затем, с коротким периодом полураспада, ядра 234 Th испускают бета-частицу , превращаясь в протактиний -234 ( 234 Па) или, что более вероятно, в ядерный изомер, обозначаемый 234m Па. Наконец, ядра 234 Па или 234m Па испускают еще одну бета-частицу, превращаясь в Ядра 234 U.
Ядра урана-234 распадаются в результате альфа-излучения до тория-230, за исключением крошечной доли (частей на миллиард) ядер, которые подвергаются спонтанному делению .
Извлечение довольно небольших количеств 234 U из природного урана было бы осуществимо с помощью разделения изотопов , аналогичного тому, которое используется для обычного обогащения урана . Однако в химии , физике и 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 обеспечить некоторое распад до 234 U через альфа-излучение .
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 исследовательском документе МАГАТЭ TECDOC-1529 делается вывод о содержании 234 U в обогащенном уране. топливо прямо пропорционально степени 235 U - обогащение 235 U дает 150 г 234 U/тонну ТМ, а наиболее распространенное обогащение 235 U 4,5% дает 400 г 234 U/тонну ТМ. [1] Повышенное процентное содержание 234 U в обогащенном природном уране приемлемо в современных ядерных реакторах . Переработанный (переобогащенный) переработанный уран содержит еще более высокие доли 234 U. Это выгодно, поскольку, хотя 234 U не делится , он имеет тенденцию поглощать медленные нейтроны в ядерном реакторе, порождая 235 U. Это гораздо более эффективно, чем серия шаги 238 U + n → 239 Np → 239 Pu при замещении потребления делящихся изотопов.
Уран-234 имеет сечение захвата нейтронов около 100 барнов для тепловых нейтронов и около 700 барнов для его резонансного интеграла — среднего значения нейтронов, имеющих диапазон промежуточных энергий. В ядерном реакторе неделящиеся изотопы 234 U и 238 U захватывают нейтрон, тем самым порождая делящиеся изотопы 235 U и 239 Pu соответственно. 234 U превращается 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 барна. В реакции 234 U + n → 235 U содержание 234 U в топливе с обогащением 4,5% постепенно падает в течение периода облучения, падая от 450 г/т ТМ до 205 г/т ТМ в топливе при облучении 60 ГВт-сут/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 является более высокой долей, чем 55 частей на миллион природного урана. Обедненный уран , выделяемый в процессе обогащения, содержит гораздо меньше 234 U (около 0,001% [3] ), что делает радиоактивность обедненного урана примерно вдвое ниже радиоактивности природного урана. Природный уран имеет «равновесную» концентрацию 234 U — точку, при которой произойдет равное количество распадов 238 U и 234 U.
U234, а также U232 являются обычными побочными продуктами в реакторах, превращающих Торий-232 в U233, с протактинием-233 в качестве промежуточной стадии.