Ensiklopedia

Isotop utama uranium

Iso­top Peluruhan kelim­pahan waktu paruh ( t 1/2 ) mode pro­duk 232 U sintetis 68,9 thn SF – α 228 Th 233 U renik 1,592 × 10 5 thn SF – α 229 Th 234 U 0,005% 2,455 × 10 5 thn SF – α 230 Th 235 U 0,720% 7,04 × 10 8 thn SF – α 231 Th 236 U renik 2,342 × 10 7 thn SF – α 232 Th 238 U 99.274% 4,468 × 10 9 thn α 234 Th SF – 238 Pu
Berat atom standar A r °(U)	238,02891 ± 0,00003 238,03 ± 0,01 (diringkas) [ 1 ]
lihat

Uranium ( ₉₂ U ) adalah unsur radioaktif alami yang tidak memiliki satu pun isotop stabil . Ia memiliki dua isotop primordial , ²³⁸ U dan ²³⁵ U , yang memiliki waktu paruh panjang dan ditemukan dalam jumlah yang cukup besar dalam kerak Bumi . ²³⁴ U yang merupakan produk peluruhan juga ditemukan. Isotop lain seperti ²³³ U juga telah diproduksi di dalam reaktor pembiak . Selain isotop yang ditemukan di alam atau reaktor nuklir, banyak isotop dengan waktu paruh yang jauh lebih pendek telah diproduksi, mulai dari ²¹⁴ U hingga ²⁴² U (dengan pengecualian ²²⁰ U dan ²⁴¹ U). Berat atom standar uranium alam adalah 238,02891 (3).

Uranium alami terdiri dari tiga isotop utama, ²³⁸ U (99,2739–99,2752% kelimpahan alami ), ²³⁵ U (0,7198–0,7202%), dan ²³⁴ U (0,0050–0,0059%). ^{[ 2 ]} Ketiga isotop tersebut bersifat radioaktif (artinya mereka merupakan radioisotop ), dan yang paling melimpah dan stabil adalah ²³⁸ U dengan waktu paruh 4,4683 × 10 ⁹ tahun (mendekati usia Bumi ).

²³⁸ U merupakan sebuah pemancar alfa , meluruh melalui deret uranium yang memiliki 18 anggota menjadi ²⁰⁶ Pb . Deret peluruhan ²³⁵ U (secara historis disebut aktino-uranium) memiliki 15 anggota dan berakhir pada ²⁰⁷ Pb . Laju peluruhan konstan dalam deret ini membuat perbandingan rasio dari unsur induk-anak menjadi berguna dalam penanggalan radiometrik . ²³³ U dibuat dari ²³² Th dengan pemborbardiran neutron .

²³⁵ U merupakan isotop yang penting untuk reaktor nuklir (produksi energi) dan senjata nuklir karena ia adalah satu-satunya isotop yang ada di alam sampai batas tertentu yang fisil dalam menanggapi neutron termal , yaitu, penangkapan neutron termal memiliki kemungkinan tinggi untuk menginduksi fisi. Sebuah dapat dipertahankan dengan massa ( kritis ) ²³⁵ U yang cukup besar. ²³⁸ U juga penting karena ia merupakan bahan subur : ia menyerap neutron untuk menghasilkan isotop radioaktif yang kemudian meluruh menjadi isotop ²³⁹ Pu , yang juga fisil.

Nuklida [ 3 ] [ n 1 ]	Nama historis	Z	N	Massa isotop ( Da ) [ n 2 ] [ n 3 ]	Waktu paruh	Mode peluruhan [ n 4 ]	Isotop anak [ n 5 ] [ n 6 ]	Spin dan [ n 7 ] [ n 8 ]	Kelimpahan alami (fraksi mol)
		Energi eksitasi [ n 8 ]							Proporsi normal	Rentang variasi
214 U [ 4 ]		92	122		0,52(+0,95−0,21) mdtk	α	210 Th	0+
215 U		92	123	215,026760(90)	1,4(0,9) mdtk	α	211 Th	5/2−#
216 U		92	124	216,024760(30)	6,9(2,9) mdtk	α	212 Th	0+
216m U					1,4(0,9) mdtk			8+
217 U		92	125	217,02437(9)	0,85(0,71) mdtk	α	213 Th	1/2−#
218 U		92	126	218,02354(3)	0,35(0,09) mdtk	α	214 Th	0+
219 U		92	127	219,02492(6)	60(7) μdtk	α	215 Th	9/2+#
221 U		92	129	221,02640(11)#	0,66(14) μdtk	α	217 Th	(9/2+)
222 U		92	130	222,02609(11)#	4,7(0,7) μdtk	α	218 Th	0+
						β + (10 −6 %)	222 Pa
223 U		92	131	223,02774(8)	65(12) μdtk	α	219 Th	7/2+#
224 U		92	132	224,027605(27)	396(17) μdtk	α	220 Th	0+
225 U		92	133	225,02939#	62(4) mdtk	α	221 Th	(5/2+)#
226 U		92	134	226,029339(14)	269(6) mdtk	α	222 Th	0+
227 U		92	135	227,031156(18)	1,1(0,1) mnt	α	223 Th	(3/2+)
						β + (0,001%)	227 Pa
228 U		92	136	228,031374(16)	9,1(0,2) mnt	α (95%)	224 Th	0+
						EC (5%)	228 Pa
229 U		92	137	229,033506(6)	57,8(0,5) mnt	β + (80%)	229 Pa	(3/2+)
						α (20%)	225 Th
230 U		92	138	230,033940(5)	20,23(0,02) hri	α	226 Th	0+
						SF (1,4 × 10 −10 %)	(beberapa)
						β + β + (langka)	230 Th
231 U		92	139	231,036294(3)	4,2(0,1) hri	EC	231 Pa	(5/2)(+#)
						α (0,004%)	227 Th
232 U		92	140	232,0371562(24)	68,9(0,4) thn	α	228 Th	0+
						CD (8,9 × 10 −10 %)	208 Pb 24 Ne
						CD (5 × 10 −12 %)	204 Hg 28 Mg
						SF (10 −12 %)	(beberapa)
233 U		92	141	233,0396352(29)	1,592(2) × 10 5 thn	α	229 Th	5/2+	Renik [ n 9 ]
						SF (6 × 10 −9 %)	(beberapa)
						CD (7,2 × 10 −11 %)	209 Pb 24 Ne
						CD (1,3 × 10 −13 %)	205 Hg 28 Mg
234 U [ n 10 ] [ n 11 ]	Uranium II	92	142	234,0409521(20)	2,455(6) × 10 5 thn	α	230 Th	0+	[0.000054(5)] [ n 12 ]	0,000050– 0,000059
						SF (1,73 × 10 −9 %)	(beberapa)
						CD (1,4 × 10 −11 %)	206 Hg 28 Mg
						CD (9 × 10 −12 %)	184 Hf 26 Ne 24 Ne
234m U		1421,32(10) keV			33,5(2,0) mdtk			6−
235 U [ n 13 ] [ n 14 ] [ n 15 ]	Aktin Uranium Aktino-Uranium	92	143	235,0439299(20)	7,038(1) × 10 8 thn	α	231 Th	7/2−	[0,007204(6)]	0,007198– 0,007207
						SF (7 × 10 −9 %)	(beberapa)
						CD (8 × 10 −10 %)	186 Hf 25 Ne 24 Ne
235m U		0,0765(4) keV			~26 mnt	IT	235 U	1/2+
236 U	Toruranium [ 5 ]	92	144	236,045568	2,342(3) × 10 7 thn	α	232 Th	0+	Renik [ n 16 ]
						SF (9,6 × 10 −8 %)	(beberapa)
236m1 U		1052,89(19) keV			100(4) ndtk			(4)−
236m2 U		2750(10) keV			120(2) ndtk			(0+)
237 U		92	145	237,0487302(20)	6,752(0,002) hri	β −	237 Np	1/2+	Renik [ n 17 ]
238 U [ n 11 ] [ n 13 ] [ n 14 ]	Uranium I	92	146	238,0507882(20)	4,468(3) × 10 9 thn	α	234 Th	0+	[0,992742(10)]	0,992739– 0,992752
						SF (5,45 × 10 −5 %)	(beberapa)
						β − β − (2,19 × 10 −10 %)	238 Pu
238m U		2557,9(5) keV			280(6) ndtk			0+
239 U		92	147	239,0542933(21)	23,45(0,02) mnt	β −	239 Np	5/2+
239m1 U		20(20)# keV			>250 ndtk			(5/2+)
239m2 U		133,7990(10) keV			780(40) ndtk			1/2+
240 U		92	148	240,056592(6)	14,1(0,1) jam	β −	240 Np	0+	Renik [ n 18 ]
						α (10 −10 %)	236 Th
242 U		92	150	242,06293(22)#	16,8(0,5) mnt	β −	242 Np	0+
Header & footer tabel ini: view

1. ^ ^m U – Isomer nuklir tereksitasi.
2. ^ ( ) – Ketidakpastian (1 σ ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
3. ^ # – Massa atom bertanda #: nilai dan ketidakpastian yang diperoleh bukan dari data eksperimen murni, tetapi setidaknya sebagian dari tren dari Permukaan Massa ( trends from the Mass Surface , TMS).
4. ^ Mode peluruhan:

   CD:	Peluruhan gugus
   EC:	Penangkapan elektron
   SF:	Fisi spontan

5. ^ Simbol miring tebal sebagai anak – Produk anak hampir stabil.
6. ^ Simbol tebal sebagai anak – Produk anak stabil.
7. ^ ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
8. ^ ^{a b} # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga ( trends of neighboring nuclides , TNN).
9. ^ Produk peluruhan antara dari ²³⁷ Np
10. ^ Digunakan dalam penanggalan uranium–torium
11. ^ ^{a b} Digunakan dalam
12. ^ Produk peluruhan antara dari ²³⁸ U
13. ^ ^{a b} Radionuklida primordial
14. ^ ^{a b} Digunakan dalam penanggalan uranium–timbal
15. ^ Penting dalam reaktor nuklir
16. ^ Produk peluruhan antara dari ²⁴⁴ Pu , juga dihasilkan oleh penangkapan neutron dari ²³⁵ U
17. ^ Produk penangkapan neutron, induk dari jumlah renik ²³⁷ Np
18. ^ Produk peluruhan antara dari ²⁴⁴ Pu

Aktinida dan produk fisi menurut waktu paruh l
Aktinida [ 6 ] menurut rantai peluruhan				Rentang waktu paruh ( a )	Produk fisi 235 U menurut hasil [ 7 ]
4 n	4 n + 1	4 n + 2	4 n + 3		4,5–7%	0,04–1,25%	<0,001%
228 Ra №				4–6 a		155 Eu þ
244 Cm ƒ	241 Pu ƒ	250 Cf	227 Ac №	10–29 a	90 Sr	85 Kr	113m Cd þ
232 U ƒ		238 Pu ƒ	243 Cm ƒ	29–97 a	137 Cs	151 Sm þ	121m Sn
248 Bk [ 8 ]	249 Cf ƒ	242m Am ƒ		141–351 a	Tidak ada produk fisi yang memiliki waktu paruh dalam rentang 100 a–210 ka ...
	241 Am ƒ		251 Cf ƒ [ 9 ]	430–900 a
		226 Ra №	247 Bk	1,3–1,6 ka
240 Pu	229 Th	246 Cm ƒ	243 Am ƒ	4,7–7,4 ka
	245 Cm ƒ	250 Cm		8,3–8,5 ka
			239 Pu ƒ	24,1 ka
		230 Th №	231 Pa №	32–76 ka
236 Np ƒ	233 U ƒ	234 U №		150–250 ka	99 Tc ₡	126 Sn
248 Cm		242 Pu		327–375 ka		79 Se ₡
				1,53 Ma	93 Zr
	237 Np ƒ			2,1–6,5 Ma	135 Cs ₡	107 Pd
236 U			247 Cm ƒ	15–24 Ma		I ₡
244 Pu				80 Ma	... maupun lebih dari 15,7 Ma [ 10 ]
232 Th №		238 U №	235 U ƒ№	0,7–14,1 Ga
₡,  memiliki penampang penangkap neutron termal dalam rentang 8–50 barn ƒ, fisil №,  terutama ( naturally occurring radioactive material , NORM) þ, racun neutron (penangkap neutron termal yang lebih besar dari 3k barn)

Uranium-214 adalah isotop uranium paling ringan yang diketahui. Ia ditemukan pada tahun 2021 di Spectrometer for Heavy Atoms and Nuclear Structure (SHANS) di Heavy Ion Research Facility di Lanzhou , Tiongkok . Ia diproduksi dengan menembakkan ³⁶ Ar pada ¹⁸² W . Ia mengalami peluruhan alfa dengan waktu paruh 0,5 milidetik. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

Uranium-232 memiliki waktu paruh 68,9 tahun dan merupakan produk sampingan dalam siklus torium . Ia telah disebut-sebut sebagai penghalang untuk proliferasi nuklir menggunakan ²³³ U sebagai bahan fisil , karena radiasi gama intens yang dipancarkan oleh ²⁰⁸ Tl ( anak dari ²³² U, yang diproduksi dengan relatif cepat) yang terkontaminasi dengannya lebih sulit untuk ditangani. ²³² U adalah contoh langka dari yang fisil dengan neutron termal dan cepat. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Uranium-233 adalah isotop fisil uranium yang dibiakkan dari ²³² Th sebagai bagian dari siklus bahan bakar torium . ²³³ U pernah diselidiki untuk digunakan dalam senjata nuklir dan sebagai bahan bakar reaktor. Ia kadang-kadang diuji tetapi tidak pernah digunakan dalam senjata nuklir dan belum digunakan secara komersial sebagai bahan bakar nuklir . ^{[ 17 ]} Ia telah berhasil digunakan dalam reaktor nuklir eksperimental dan telah diusulkan untuk penggunaan yang lebih luas sebagai bahan bakar nuklir. Ia memiliki waktu paruh sekitar 160.000 tahun.

²³³ U dihasilkan oleh iradiasi neutron ²³² Th. Ketika ²³² Th menyerap neutron, ia menjadi ²³³ Th , yang memiliki waktu paruh hanya 22 menit. ²³³ Th meluruh menjadi ²³³ Pa melalui peluruhan beta . ²³³ Pa memiliki waktu paruh 27 hari dan meluruh melalui peluruhan beta menjadi ²³³ U; beberapa rancangan reaktor garam cair yang diusulkan mencoba untuk secara fisik mengisolasi protaktinium dari penangkapan neutron lebih lanjut sebelum peluruhan beta dapat terjadi.

²³³ U biasanya fisi pada penyerapan neutron, tetapi kadang-kadang mempertahankan neutron menjadi ²³⁴ U . Rasio penangkapan-menjadi-fisinya lebih kecil dari dua bahan bakar fisil utama lainnya, ²³⁵ U dan ²³⁹ Pu ; rasionya juga lebih rendah daripada ²⁴¹ Pu yang berumur pendek, tetapi dikalahkan oleh ²³⁶ Np yang sangat sulit diproduksi.

Uranium-234 adalah sebuah isotop uranium. Dalam uranium alam dan bijih uranium, ²³⁴ U terjadi sebagai produk peluruhan tidak langsung dari ²³⁸ U , tetapi hanya 0,0055% (55 bagian per juta ) dari uranium mentah karena waktu paruhnya yang hanya 245.500 tahun, hanya sekitar 1 18000 dari waktu paruh ²³⁸ U. Jalur produksi ²³⁴ U melalui peluruhan nuklir adalah sebagai berikut: inti ²³⁸ U memancarkan partikel alfa menjadi ²³⁴ Th . Selanjutnya, dengan waktu paruh yang pendek, inti ²³⁴ Th memancarkan partikel beta menjadi ²³⁴ Pa . Akhirnya, inti ²³⁴ Pa masing-masing memancarkan partikel beta lain menjadi inti ²³⁴ U. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Inti ²³⁴ U biasanya bertahan selama ratusan ribu tahun, tetapi kemudian meluruh dengan emisi alfa menjadi ²³⁰ Th , kecuali sebagian kecil inti yang mengalami fisi spontan .

Ekstraksi sejumlah kecil ²³⁴ U dari uranium alam dapat dilakukan dengan menggunakan pemisahan isotop, serupa dengan yang digunakan untuk pengayaan uranium biasa. Namun, tidak ada permintaan nyata dalam kimia , fisika , atau teknik untuk mengisolasi ²³⁴ U. Sampel murni yang sangat kecil dari ²³⁴ U dapat diekstraksi melalui proses pertukaran ion kimia—dari sampel ²³⁸ Pu yang telah agak tua untuk memungkinkan beberapa peluruhan menjadi ²³⁴ U melalui emisi alfa.

Uranium yang diperkaya mengandung lebih banyak ²³⁴ U daripada uranium alami sebagai produk sampingan dari proses pengayaan uranium yang bertujuan untuk memperoleh ²³⁵ U , yang mengonsentrasikan isotop yang lebih ringan bahkan lebih kuat daripada ²³⁵ U. Peningkatan persentase ²³⁴ U dalam uranium alam yang diperkaya dapat diterima di reaktor nuklir saat ini, tetapi (diperkaya kembali) mungkin mengandung fraksi ²³⁴ U yang lebih tinggi, yang tidak diinginkan. ^{[ 20 ]} Ini karena ²³⁴ U tidak fisil , dan cenderung menyerap neutron lambat dalam reaktor nuklir—menjadi ²³⁵ U. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

²³⁴ U memiliki tangkapan neutron sekitar barn untuk neutron termal , dan sekitar 700 barn untuk integral resonansinya —rata-rata di atas neutron yang memiliki berbagai energi menengah. Dalam reaktor nuklir, isotop non-fisil menangkap isotop fisil pembiak neutron. ²³⁴ U diubah menjadi ²³⁵ U dengan lebih mudah dan pada tingkat yang lebih besar daripada ²³⁹ U menjadi ²³⁹ Pu (melalui ²³⁹ Np ), karena ²³⁸ U memiliki penampang tangkapan neutron yang jauh lebih kecil, hanya 2,7 barn.

Uranium-235 adalah isotop uranium yang menyusun sekitar 0,72% uranium alam . Tidak seperti isotop ²³⁸ U yang dominan, ia bersifat fisil , yaitu dapat mempertahankan fisi . Ia merupakan satu-satunya isotop fisil yang merupakan nuklida primordial atau ditemukan dalam jumlah yang signifikan di alam.

²³⁵ U memiliki waktu paruh 703,8 juta tahun. Ia ditemukan pada tahun 1935 oleh . Penampang (fisi) nuklirnya untuk neutron termal lambat adalah sekitar 504,81 barn . Untuk neutron cepat ada di 1 barn. Pada tingkat energi termal, sekitar 5 dari 6 penyerapan neutron menghasilkan fisi dan 1 dari 6 menghasilkan penangkapan neutron membentuk ²³⁶ U . ^{[ 21 ]} Rasio fisi-menjadi-penangkapannya meningkat untuk neutron yang lebih cepat.

Uranium-236 adalah sebuah isotop uranium yang tidak fisil dengan neutron termal, dan juga bukan merupakan bahan subur yang sangat baik, tetapi umumnya dianggap sebagai limbah radioaktif yang mengganggu dan berumur panjang. Ia ditemukan dalam bahan bakar nuklir bekas, dan dalam yang terbuat dari bahan bakar nuklir bekas .

Uranium-237 adalah sebuah isotop uranium. Ia memiliki waktu paruh sekitar 6,75(1) hari. Ia meluruh menjadi ²³⁷ Np dengan peluruhan beta .

Uranium-238 adalah sebuah isotop uranium yang paling umum ditemukan di alam. Ia tidak fisil , tetapi merupakan bahan subur : ia dapat menangkap neutron lambat dan setelah dua peluruhan beta , ia menjadi ²³⁹ Np yang fisil. ²³⁸ U dapat dibelah oleh neutron cepat, tetapi tidak dapat mendukung reaksi berantai karena hamburan inelastis mengurangi energi neutron di bawah kisaran di mana fisi cepat dari satu atau lebih inti generasi berikutnya mungkin terjadi. Perluasan Doppler dari resonansi penyerapan neutron ²³⁸ U, meningkatkan penyerapan seiring dengan kenaikan suhu bahan bakar, juga merupakan mekanisme umpan balik negatif yang penting untuk kontrol reaktor.

Sekitar 99,284% uranium alam adalah ²³⁸ U, yang memiliki waktu paruh 1,41 × 10 ¹⁷ detik (4,468 × 10 ⁹ tahun, atau 4,468 miliar tahun). Uranium terdeplesi memiliki konsentrasi yang lebih tinggi dari isotop ²³⁸ U, dan bahkan uranium yang diperkaya rendah ( low-enriched uranium , LEU), walaupun memiliki proporsi yang lebih tinggi dari isotop ²³⁵ U (dibandingkan dengan uranium terdeplesi), sebagian besar masih ²³⁸ U. juga terutama ²³⁸ U, dengan ²³⁵ U sebanyak uranium alami, proporsi ²³⁶ U yang sebanding, dan jumlah isotop uranium lain yang jauh lebih kecil seperti ²³⁴ U , ²³³ U , dan ²³² U .

Uranium-239 adalah sebuah isotop uranium. Ia biasanya dihasilkan dengan memaparkan ²³⁸ U ke dalam reaktor nuklir . ²³⁹ U memiliki waktu paruh sekitar 23,45 menit dan meluruh menjadi ²³⁹ Np melalui peluruhan beta , dengan energi peluruhan total sekitar 1,29 MeV. ^{[ 22 ]} Peluruhan gama yang paling umum pada 74,660 keV menyumbang perbedaan dalam dua saluran utama energi emisi beta, pada 1,28 dan 1,21 MeV. ^{[ 23 ]}

²³⁹ Np selanjutnya meluruh menjadi ²³⁹ Pu , juga melalui peluruhan beta ( ²³⁹ Np memiliki waktu paruh sekitar 2,356 hari), dalam langkah penting kedua yang pada akhirnya menghasilkan ²³⁹ Pu yang fisil (digunakan dalam senjata dan tenaga nuklir ), dari ²³⁸ U dalam reaktor.