Изотопы урана
Изото́пы ура́на — разновидности атомов (и ядер) химического элемента урана, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. На данный момент известны 26 изотопов урана и еще 6 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе встречаются три изотопа урана: 234U (изотопная распространенность 0,0054 %), 235U (0,7204 %), 238U (99,2742 %)[1].
Наиболее долгоживущие из изотопов урана 238U (период полураспада 4,47 млрд лет), 235U (период полураспада 704 млн лет), 236U (период полураспада 23,4 млн лет), 234U (период полураспада 245 тыс. лет) и 233U (период полураспада 159 тыс. лет). Прочие изотопы имеют период полураспада менее 70 лет.
Нуклиды 235U и 238U являются родоначальниками радиоактивных рядов — ряда актиния и ряда радия соответственно. Нуклид 235U используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии (благодаря тому, что в нём возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция). Нуклид 238U используется для производства плутония-239, который также имеет чрезвычайно большое значение как в качестве топлива для ядерных реакторов, так и в производстве ядерного оружия.
Таблица изотопов урана
[править | править код]| Символ нуклида | Историческое название | Z(p) | N(n) | Масса изотопа[2] (а. е. м.) | Период полураспада[1] (T1/2) | Канал распада | Продукт распада | Спин и чётность ядра[1] | Распространённость изотопа в природе | Диапазон изменения изотопной распространённости в природе |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения | ||||||||||
| 215U | 92 | 123 | 215,026760(90) | 1,4(0,9) мс | α | 211Th | 5/2−# | |||
| 216U | 92 | 124 | 216,024760(30) | 6,9(2,9) мс | α | 212Th | 0+ | |||
| 216mU | 1,4(0,9) мс | 8+ | ||||||||
| 217U | 92 | 125 | 217,02437(9) | 0,85(0,71) мс | α | 213Th | 1/2−# | |||
| 218U | 92 | 126 | 218,02354(3) | 0,35(0,09) мс | α | 214Th | 0+ | |||
| 219U | 92 | 127 | 219,02492(6) | 60(7) мкс | α | 215Th | 9/2+# | |||
| 220U | 92 | 128 | 220,02472(22)# | 60# нс | α | 216Th | 0+ | |||
| β+ (редко) | 220Pa | |||||||||
| 221U | 92 | 129 | 221,02640(11)# | 0,66(14) мкс | α | 217Th | (9/2+) | |||
| 222U | 92 | 130 | 222,02609(11)# | 4,7(0,7) мкс | α | 218Th | 0+ | |||
| β+ (10−6%) | 222Pa | |||||||||
| 223U | 92 | 131 | 223,02774(8) | 65(12) мкс | α | 219Th | 7/2+# | |||
| 224U | 92 | 132 | 224,027605(27) | 396(17) мкс | α | 220Th | 0+ | |||
| 225U | 92 | 133 | 225,02939# | 62(4) мс | α | 221Th | (5/2+)# | |||
| 226U | 92 | 134 | 226,029339(14) | 269(6) мс | α | 222Th | 0+ | |||
| 227U | 92 | 135 | 227,031156(18) | 1,1(0,1) мин | α | 223Th | (3/2+) | |||
| β+ (0,001%) | 227Pa | |||||||||
| 228U | 92 | 136 | 228,031374(16) | 9,1(0,2) мин | α (95%) | 224Th | 0+ | |||
| ЭЗ (5%) | 228Pa | |||||||||
| 229U | 92 | 137 | 229,033506(6) | 57,8(0,5) мин | β+ (80%) | 229Pa | (3/2+) | |||
| α (20%) | 225Th | |||||||||
| 230U | 92 | 138 | 230,033940(5) | 20,23(0,02) сут | α | 226Th | 0+ | |||
| СД (1,4⋅10−10%) | (разные) | |||||||||
| β+β+ (редко) | 230Th | |||||||||
| 231U | 92 | 139 | 231,036294(3) | 4,2(0,1) сут | ЭЗ | 231Pa | (5/2)(+#) | |||
| α (0,004%) | 227Th | |||||||||
| 232U | 92 | 140 | 232,0371562(24) | 68,9(0,4) года | α | 228Th | 0+ | |||
| КР (8,9⋅10−10%) | 208Pb 24Ne | |||||||||
| КР (5⋅10−12%) | 204Hg 28Mg | |||||||||
| СД (10−12%) | (разные) | |||||||||
| 233U | 92 | 141 | 233,0396352(29) | 1,592(2)⋅105 лет | α | 229Th | 5/2+ | |||
| СД (6⋅10−9%) | (разные) | |||||||||
| КР (7,2⋅10−11%) | 209Pb 24Ne | |||||||||
| КР (1,3⋅10−13%) | 205Hg 28Mg | |||||||||
| 234U | Уран II | 92 | 142 | 234,0409521(20) | 2,455(6)⋅105 лет | α | 230Th | 0+ | 0,000054(5) | 0,000050– 0,000059 |
| СД (1,73⋅10−9%) | (разные) | |||||||||
| КР (1,4⋅10−11%) | 206Hg 28Mg | |||||||||
| КР (9⋅10−12%) | 184Hf 26Ne 24Ne | |||||||||
| 234mU | 1421,32(10) кэВ | 33,5(2,0) мс | 6− | |||||||
| 235U | Актин уран Актино-уран | 92 | 143 | 235,0439299(20) | 7,038(1)⋅108 лет | α | 231Th | 7/2− | 0,007204(6) | 0,007198– 0,007207 |
| СД (7⋅10−9%) | (разные) | |||||||||
| КР (8⋅10−10%) | 186Hf 25Ne 24Ne | |||||||||
| 235mU | 0,0765(4) кэВ | ~26 мин | ИП | 235U | 1/2+ | |||||
| 236U | 92 | 144 | 236,045568 | 2,342(3)⋅107 лет | α | 232Th | 0+ | |||
| СД (9,6⋅10−8%) | (разные) | |||||||||
| 236m1U | 1052,89(19) кэВ | 100(4) нс | (4)− | |||||||
| 236m2U | 2750(10) кэВ | 120(2) нс | (0+) | |||||||
| 237U | 92 | 145 | 237,0487302(20) | 6,752(0,002) сут | β− | 237Np | 1/2+ | |||
| 238U | Уран I | 92 | 146 | 238,0507882(20) | 4,468(3)⋅109 лет | α | 234Th | 0+ | 0,992742(10) | 0,992739– 0,992752 |
| СД (5,45⋅10−5%) | (разные) | |||||||||
| β−β− (2,19⋅10−10%) | 238Pu | |||||||||
| 238mU | 2557,9(5) кэВ | 280(6) нс | 0+ | |||||||
| 239U | 92 | 147 | 239,0542933(21) | 23,45(0,02) мин | β− | 239Np | 5/2+ | |||
| 239m1U | 20(20)# кэВ | >250 нс | (5/2+) | |||||||
| 239m2U | 133,7990(10) кэВ | 780(40) нс | 1/2+ | |||||||
| 240U | 92 | 148 | 240,056592(6) | 14,1(0,1) ч | β− | 240Np | 0+ | |||
| α (10−10%) | 236Th | |||||||||
| 241U[3][4] | 92 | 149 | 241,06031(5)[3] | ~40 мин[3] | β− | 241Np | 7/2+# | |||
| 242U | 92 | 150 | 242,06293(22)# | 16,8(0,5) мин | β− | 242Np | 0+ | |||
Пояснения к таблице
[править | править код]- Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.
- Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.
- Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.
- Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.
- Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.
- ↑ Данные приведены по Huang W. J., Meng Wang, Kondev F. G., Audi G., Naimi S. The Ame2020 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data, and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 43, iss. 3. — P. 030002-1—030002-342. — doi:10.1088/1674-1137/abddb0.
- ↑ 1 2 3 Niwase T. et al. Discovery of New Isotope 241U and Systematic High-Precision Atomic Mass Measurements of Neutron-Rich Pa-Pu Nuclei Produced via Multinucleon Transfer Reactions (англ.) // Physical Review Letters. — 2023. — Vol. 130, no. 13. — P. 132502. — ISSN 0031-9007. — doi:10.1103/PhysRevLett.130.132502.
- ↑ Изотоп был открыт косвенными методами (по наблюдению продуктов его бета-распада — 241Am и 241Pu) в 1960 при изучении радиоактивных осадков после испытания термоядерного взрывного устройства Ivy Mike (1952); 241U образовывался при термоядерном взрыве в условиях высокого нейтронного потока в результате трёх последовательных захватов нейтронов ядрами 238U, см. Diamond H. et al. Heavy Isotope Abundances in Mike Thermonuclear Device (англ.) // Physical Review. — 1960. — Vol. 119, no. 6. — P. 2000—2004. — ISSN 0031-899X. — doi:10.1103/PhysRev.119.2000.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
