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

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

  • 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

  1. ↑ 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.Открытый доступ
  2. ↑ 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.
  3. ↑ 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. [исправить]
  4. ↑ 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. [исправить]