Isótopos de uranio

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Nuclides con número atómico de 92 pero con diferentes números de masa

El uranio (₉₂U) es un elemento radiactivo natural que no tiene un isótopo estable. Tiene dos isótopos primordiales, el uranio-238 y el uranio-235, que tienen vidas medias largas y se encuentran en cantidades apreciables en la corteza terrestre. También se encuentra el producto de desintegración uranio-234. En reactores reproductores se han producido otros isótopos como el uranio-233. Además de los isótopos que se encuentran en la naturaleza o en los reactores nucleares, se han producido muchos isótopos con vidas medias mucho más cortas, que van desde ²¹⁴U hasta ²⁴²U (con la excepción de ²²⁰U). El peso atómico estándar del uranio natural es 238,02891(3).

El uranio natural consta de tres isótopos principales, ²³⁸U (99,2739–99,2752 % de abundancia natural), ²³⁵U (0,7198–0,7202 %) y ²³⁴U (0,0050–0,0059%). Los tres isótopos son radiactivos (es decir, son radioisótopos) y el más abundante y estable es el uranio-238, con una vida media de 4.4683×10⁹ años (aproximadamente la edad de la tierra).

El uranio-238 es un emisor alfa y se descompone a través de la serie de uranio de 18 miembros en plomo-206. La serie de desintegración del uranio-235 (históricamente llamado actinouranio) tiene 15 miembros y termina en plomo-207. Las tasas constantes de desintegración en estas series hacen que la comparación de las proporciones de elementos padre-hijo sea útil en la datación radiométrica. El uranio-233 se obtiene a partir del torio-232 mediante bombardeo de neutrones.

El uranio-235 es importante tanto para los reactores nucleares (producción de energía) como para las armas nucleares porque es el único isótopo existente en la naturaleza en una medida apreciable que es fisible en respuesta a los neutrones térmicos, es decir, la captura de neutrones térmicos tiene una alta probabilidad. de inducir la fisión. Se puede mantener una reacción en cadena con una masa (crítica) suficientemente grande de uranio-235. El uranio-238 también es importante porque es fértil: absorbe neutrones para producir un isótopo radiactivo que posteriormente se desintegra en el isótopo plutonio-239, que también es fisible.

Lista de isótopos

Nuclide	Histórico Nombre	Z	N	Masa sototópica (Da)	Vida media	Decaymode	Daughterisotope	Spin and paridad	Abundancia natural (Fracción mínima)
Nuclide	Histórico Nombre	Energía de excitación			Vida media	Decaymode	Daughterisotope	Spin and paridad	Proporción normal	Rango de variación
²¹⁴U		92	122		0,522+0.95 −0,21 ms	α	²¹⁰Th	0+
²¹⁵U		92	123	215.026720(11)	1.4(0.9) mss	α	²¹¹Th	5/2#
²¹⁵U		92	123	215.026720(11)	1.4(0.9) mss	β+?	²¹⁵Pa	5/2#
²¹⁶U		92	124	216.024760(30)	2.25+0.63 −0,40 ms	α	²¹²Th	0+
^216mU		2206 keV			0.89+0.24 −0.16 ms	α	²¹²Th	8+
²¹⁷U		92	125	217.024660(86)#	19.3+13.3 −5.6 ms	α	²¹³Th	(1/2−)
²¹⁷U		92	125	217.024660(86)#	19.3+13.3 −5.6 ms	β⁺?	²¹⁷Pa	(1/2−)
²¹⁸U		92	126	218.023505(15)	650+80 ,70 - 70 μs	α	²¹⁴Th	0+
^218mU		2117 keV			390+60 ,50 - 50 μs	α	²¹⁴Th	8+
^218mU		2117 keV			390+60 ,50 - 50 μs	¿Sí?	²¹⁸U	8+
²¹⁹U		92	127	219.025009(14)	60(7) μs	α	²¹⁵Th	(9/2+)
²¹⁹U		92	127	219.025009(14)	60(7) μs	β⁺?	²¹⁹Pa	(9/2+)
²²¹U		92	129	221.026323(77)	0,6(14) μs	α	²¹⁷Th	(9/2+)
²²¹U		92	129	221.026323(77)	0,6(14) μs	β⁺?	²²¹Pa	(9/2+)
²²²U		92	130	222.026058(56)	4.7(0.7) μs	α	²¹⁸Th	0+
²²²U		92	130	222.026058(56)	4.7(0.7) μs	β⁺?	²²²Pa	0+
²²³U		92	131	223.027961(63)	65(12) μs	α	²¹⁹Th	7/2+#
²²³U		92	131	223.027961(63)	65(12) μs	β⁺?	²²³Pa	7/2+#
²²⁴U		92	132	224.027636(16)	396(17) μs	α	²²⁰Th	0+
²²⁴U		92	132	224.027636(16)	396(17) μs	β⁺?	²²⁴Pa	0+
²²⁵U		92	133	225.029385(11)	62(4) ms	α	²²¹Th	5/2+#
²²⁶U		92	134	226.029339(12)	269(6) ms	α	²²²Th	0+
²²⁷U		92	135	227.0311811(91)	1.1(0.1) min	α	²²³Th	(3/2+)
²²⁷U		92	135	227.0311811(91)	1.1(0.1) min	β⁺?	²²⁷Pa	(3/2+)
²²⁸U		92	136	228.031369(14)	9.1(0.2) min	α (97,5%)	²²⁴Th	0+
²²⁸U		92	136	228.031369(14)	9.1(0.2) min	CE (2,5%)	²²⁸Pa	0+
²²⁹U		92	137	229.0335060(64)	57.8(0.5) min	β⁺ (80%)	²²⁹Pa	(3/2+)
²²⁹U		92	137	229.0335060(64)	57.8(0.5) min	α (20%)	²²⁵Th	(3/2+)
²³⁰U		92	138	230.0339401(48)	20.23(0.02) d	α	²²⁶Th	0+
						¿SF?	(variable)
						CD (4.8×10⁻¹²%)	²⁰⁸Pb ²²Ne
²³¹U		92	139	231.0362922(29)	4.2(0.1)d	CE	²³¹Pa	5/2+#
²³¹U		92	139	231.0362922(29)	4.2(0.1)d	α (.004%)	²²⁷Th	5/2+#
232U		92	140	232.0371548(19)	68.9(0.4) y	α	²²⁸Th	0+
						CD (8.9×10⁻¹⁰%)	²⁰⁸Pb ²⁴Ne
						SF (10⁻¹²%)	(variable)
						CD?	²⁰⁴Hg ²⁸Mg
233U		92	141	233.0396343(24)	1.592(2)×10⁵ Sí.	α	²²⁹Th	5/2+	Trace
						CD (≤7.2×10^{−11 -}%)	²⁰⁹Pb ²⁴Ne
						¿SF?	(variable)
						CD ?	²⁰⁵Hg ²⁸Mg
234U	Uranio II	92	142	234.0409503(12)	2.455(6)×10⁵ Sí.	α	²³⁰Th	0+	[0.000054(5)]	0,000050– 0,000059
						SF (1.64×10⁻⁹%)	(variable)
						CD (1.4×10^{−11 -}%)	²⁰⁶Hg ²⁸Mg
						CD (≤9×10⁻¹²%)	²⁰⁸Pb ²⁶Ne
						CD (≤9×10⁻¹²%)	²¹⁰Pb ²⁴Ne
^234mU		1421.257(17) keV=			33.5(2.0) ms	IT	²³⁴U	6 a
235U	Actin Uranium Actino-Uranium	92	143	235.0439281(12)	7.038(1)×10⁸ Sí.	α	²³¹Th	7/2−	[0.007204(6)]	0,007198 – 0,007207
						SF (7×10⁻⁹%)	(variable)
						CD (8×10⁻¹⁰%)	²¹⁵Pb ²⁰Ne
						CD (8×10⁻¹⁰%)	²¹⁰Pb ²⁵Ne
						CD (8×10⁻¹⁰%)	²⁰⁷Hg ²⁸Mg
^235m1U		0,076737(18) keV			25.7(1) m	IT	²³⁵U	1/2+
^235m2U		2500(300) keV			3.6(18) ms	SF	(variable)
236U	Thoruranium	92	144	236.0455661(12)	2.342(3)×10⁷ Sí.	α	²³²Th	0+	Trace
						SF (9.6×10⁻⁸%)	(variable)
						CD (≤2.0×10^{−11 -}%)	²⁰⁸Hg ²⁸Mg
						CD (≤2.0×10^{−11 -}%)	²⁰⁶Hg ³⁰Mg
^236m1U		1052.5(6) keV			100(4) ns	IT	²³⁶U	4-
^236m2U		2750(3) keV			120 2) ns	IT (87%)	²³⁶U	(0+)
^236m2U		2750(3) keV			120 2) ns	SF (13%)	(variable)	(0+)
²³⁷U		92	145	237.0487283(13)	6.752 2) d	β -	²³⁷Np	1/2+	Trace
^237mU		274.0(10) keV			155(6) ns	IT	²³⁷U	7/2−
238U	Uranio I	92	146	238.050787618(15)	4.468(3)×10⁹ Sí.	α	²³⁴Th	0+	[0.992742(10)]	0,992739– 0,92752
						SF (5.44×10^{; 5 -}%)	(variable)
						β−2×10⁻¹⁰%)	²³⁸Pu
^238mU		2557.9(5) keV			280(6) ns	IT (97,4%)	²³⁸U	0+
^238mU		2557.9(5) keV			280(6) ns	SF (2,6%)	(variable)	0+
²³⁹U		92	147	239.0542920(16)	23.45(0.02) min	β⁻	²³⁹Np	5/2+	Trace
^239m1U		133.7991(10) keV			780(40) ns	IT	²³⁹U	1/2+
^239m2U		2500(900)# keV			√250 ns	¿SF?	(variable)	0+
^239m2U		2500(900)# keV			√250 ns	¿Sí?	²³⁹U	0+
²⁴⁰U		92	148	240.0565924(27)	14.1(0.1) h	β⁻	²⁴⁰Np	0+	Trace
²⁴⁰U		92	148	240.0565924(27)	14.1(0.1) h	¿Alfa?	²³⁶Th	0+	Trace
²⁴¹U		92	149	241.06031(5)	~40 min	β⁻	²⁴¹Np	7/2+#
²⁴²U		92	150	242.06296(10)	16.8(0.5) min	β⁻	²⁴²Np	0+
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^ ^mU – Un isómero nuclear excitado.
^ ( ) – La incertidumbre (1σ) se da en forma concisa en paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
^ # – Masa atómica marcada #: valor e incertidumbre derivada no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de la Superficie Masiva (TMS).
^ Modos de decadencia:
CD: Cluster decay
CE: Captura de electrones
SF: Fisión espontánea
^ Símbolo italiano boldo como hija – El producto de la hija es casi estable.
^ Signatura Bold como hija – El producto de la hija es estable.
^ ( ) valor de la columna – Indica la vuelta con argumentos de asignación débiles.
^ a b # – Los valores marcados # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos parcialmente de las tendencias de los nuclidos vecinos (TNN).
^ Decaimiento intermedio producto de 237Np
^ Se utiliza en las citas de uranio-thorium
^ a b Usado en dataciones de uranio–uranio
^ Decaimiento intermedio producto de ²³⁸U
^ a b Radionucleido primordial
^ a b Usado en las citas de uranio-lead
^ Importante en los reactores nucleares
^ Producto intermedio de desintegración de 244Pu, también producido por la captura de neutrones ²³⁵U
^ Neutron capture product, parent of trace quantity of 237Np
^ Producto de captura de neutrones; padre de las cantidades de traza ²³⁹Pu
^ Decaimiento intermedio producto de ²⁴⁴Pu

Actínidos vs productos de fisión

Actinides y productos de fisión por medio vida v t e
Actinides by decay chain				Vida media rango a)	Productos de fisión de 235U por rendimiento
4n	4n + 1	4n + 2	4n + 3	Vida media rango a)	4.5–7%	0,04–1,25%	0,21 %
²²⁸Ra^No				4 a 6		¹⁵⁵Eu^.
²⁴⁴Cm^.	²⁴¹Pu^.	²⁵⁰Cf	²²⁷Ac^No	10–29 a	⁹⁰Sr	⁸⁵Kr	^113mCd^.
²³²U^.		²³⁸Pu^.	²⁴³Cm^.	29–97 a	¹³⁷Cs	¹⁵¹Sm^.	^121mSn
²⁴⁸Bk	²⁴⁹Cf^.	^242mAm^.		141–351 a	No hay productos de fisión semivida en el rango de 100 a 210 ka...
	²⁴¹Am^.		²⁵¹Cf^.	430–900 a
		²²⁶Ra^No	²⁴⁷Bk	1.3–1.6 ka
²⁴⁰Pu	²²⁹Th	²⁴⁶Cm^.	²⁴³Am^.	4.7–7.4 ka
	²⁴⁵Cm^.	²⁵⁰Cm		8.3 a 8.5 ka
			²³⁹Pu^.	24.1 ka
		²³⁰Th^No	²³¹Pa^No	32-76 ka
²³⁶Np^.	²³³U^.	²³⁴U^No		150–250 ka	⁹⁹Tc^INGLES	¹²⁶Sn
²⁴⁸Cm		²⁴²Pu		327–375 ka		⁷⁹Se^INGLES
				1.53 Ma	⁹³Zr
	²³⁷Np^.			2.1 a 6,5 Ma	¹³⁵Cs^INGLES	¹⁰⁷Pd
²³⁶U			²⁴⁷Cm^.	15-24 Ma		¹²⁹I^INGLES
²⁴⁴Pu				80 Ma	... ni más allá de 15.7 Ma
²³²Th^No		²³⁸U^No	²³⁵U^No.	0.7–14.1 Ga	... ni más allá de 15.7 Ma
ANCE, tiene sección transversal de captura de neutrones térmicos en el rango de 8–50 establos ño, fisionable No, principalmente un material radiactivo natural (NORM) veneno de neutrones (sección de la cruz de captura de neutrones térmicos superior a 3k establos)

Uranio-214

El uranio-214 es el isótopo de uranio más ligero conocido. Fue descubierto en el Espectrómetro de Átomos Pesados y Estructura Nuclear (SHANS) en las Instalaciones de Investigación de Iones Pesados en Lanzhou, China, en 2021, y se produjo disparando argón-36 contra tungsteno-182. Sufre desintegración alfa con una vida media de 0,5 ms.

Uranio-232

El uranio-232 tiene una vida media de 68,9 años y es un producto secundario del ciclo del torio. Se ha citado como un obstáculo para la proliferación nuclear utilizando ²³³U, porque la intensa radiación gamma del 208Tl (una hija del ²³²U, producida relativamente rápidamente) hace que ²³³U contaminado con él es más difícil de manejar. El uranio-232 es un raro ejemplo de un isótopo par que es fisible tanto con neutrones térmicos como rápidos.

Uranio-233

El uranio-233 es un isótopo fisionable de uranio que se obtiene a partir del torio-232 como parte del ciclo del combustible del torio. ²³³U fue investigado para su uso en armas nucleares y como combustible para reactores. Ocasionalmente se probó, pero nunca se utilizó en armas nucleares y no se ha utilizado comercialmente como combustible nuclear. Se ha utilizado con éxito en reactores nucleares experimentales y se ha propuesto un uso mucho más amplio como combustible nuclear. Tiene una vida media de alrededor de 160.000 años.

El uranio-233 se produce mediante la irradiación de neutrones del torio-232. Cuando el torio-232 absorbe un neutrón, se convierte en torio-233, que tiene una vida media de sólo 22 minutos. El torio-233 beta se desintegra en protactinio-233. El protactinio-233 tiene una vida media de 27 días y se desintegra beta en uranio-233; Algunos diseños propuestos de reactores de sales fundidas intentan aislar físicamente el protactinio de una mayor captura de neutrones antes de que pueda ocurrir la desintegración beta.

El uranio-233 generalmente se fisiona por absorción de neutrones, pero a veces retiene el neutrón, convirtiéndose en uranio-234. La relación captura-fisión es menor que la de los otros dos combustibles fisibles principales, el uranio-235 y el plutonio-239; también es más bajo que el del plutonio-241 de vida corta, pero superado por el neptunio-236, que es muy difícil de producir.

Uranio-234

²³⁴U se encuentra en el uranio natural como producto de desintegración indirecta del uranio-238, pero constituye sólo 55 partes por millón del uranio porque su vida media de sólo 245.500 años es de sólo aproximadamente 1 /18.000 el de ²³⁸U. El camino de producción de ²³⁴U es el siguiente: ²³⁸U alfa se desintegra a torio-234. A continuación, con una vida media corta, ²³⁴Th beta se desintegra a protactinio-234. Finalmente, ²³⁴Pa beta se desintegra a ²³⁴U.

²³⁴U alfa se desintegra a torio-230, excepto el pequeño porcentaje de núcleos que sufren fisión espontánea.

La extracción de cantidades bastante pequeñas de ²³⁴U del uranio natural sería factible mediante la separación de isótopos, similar al enriquecimiento de uranio normal. Sin embargo, no existe una demanda real en química, física o ingeniería para aislar el ²³⁴U. Se pueden extraer muestras puras muy pequeñas de ²³⁴U mediante el proceso químico de intercambio iónico, a partir de muestras de plutonio-238 que han envejecido un poco para permitir cierta desintegración hasta ²³⁴U mediante emisión alfa.

El uranio enriquecido contiene más ²³⁴U que el uranio natural como subproducto del proceso de enriquecimiento de uranio destinado a obtener uranio-235, que concentra isótopos más ligeros incluso con más fuerza que el ^{235U. El mayor porcentaje de ²³⁴U en el uranio natural enriquecido es aceptable en los reactores nucleares actuales, pero el uranio reprocesado (reenriquecido) podría contener fracciones aún mayores de ²³⁴U, que es indeseable. Esto se debe a que el ²³⁴U no es fisible y tiende a absorber neutrones lentos en un reactor nuclear, convirtiéndose en el ²³⁵U.}

²³⁴U tiene una sección transversal de captura de neutrones de aproximadamente 100 graneros para neutrones térmicos y aproximadamente 700 graneros para su integral de resonancia: el promedio de neutrones que tienen varias energías intermedias. En un reactor nuclear, los isótopos no fisibles capturan un neutrón que genera isótopos fisionables. ²³⁴U se convierte en ²³⁵U más fácilmente y, por lo tanto, a mayor velocidad que el uranio-238 en plutonio-239 (a través del neptunio-239), porque ^{238 El U tiene una sección transversal de captura de neutrones mucho más pequeña, de sólo 2,7 graneros.}

Uranio-235

El uranio-235 constituye aproximadamente el 0,72% del uranio natural. A diferencia del isótopo predominante uranio-238, es fisible, es decir, puede sufrir una reacción en cadena de fisión. Es el único isótopo fisionable que es un nucleido primordial o que se encuentra en cantidad significativa en la naturaleza.

El uranio-235 tiene una vida media de 703,8 millones de años. Fue descubierto en 1935 por Arthur Jeffrey Dempster. Su sección transversal nuclear (de fisión) para neutrones térmicos lentos es de aproximadamente 504,81 graneros. Para neutrones rápidos es del orden de 1 granero. A niveles de energía térmica, aproximadamente 5 de 6 absorciones de neutrones resultan en fisión y 1 de 6 resultan en captura de neutrones formando uranio-236. La relación fisión-captura mejora para neutrones más rápidos.

Uranio-236

uranio-236 tiene una vida media de unos 23 millones de años; y no es fisible con neutrones térmicos ni es un material muy fértil, pero generalmente se considera una molestia y un residuo radiactivo de larga duración. Se encuentra en el combustible nuclear gastado y en el uranio reprocesado elaborado a partir de combustible nuclear gastado.

Uranio-237

uranio-237 tiene una vida media de aproximadamente 6,75 días. Se desintegra en neptunio-237 mediante desintegración beta. Fue descubierto por el físico japonés Yoshio Nishina en 1940, quien en un casi descubrimiento infirió la creación del elemento 93, pero no pudo aislar el elemento entonces desconocido ni medir sus propiedades de desintegración.

Uranio-238

El uranio-238 (²³⁸U o U-238) es el isótopo de uranio más común que se encuentra en la naturaleza. No es fisible, pero sí fértil: puede capturar un neutrón lento y, tras dos desintegraciones beta, convertirse en plutonio-239 fisionable. El uranio-238 es fisionable por neutrones rápidos, pero no puede soportar una reacción en cadena porque la dispersión inelástica reduce la energía de los neutrones por debajo del rango donde es probable la fisión rápida de uno o más núcleos de próxima generación. La ampliación Doppler de las resonancias de absorción de neutrones del ²³⁸U, aumentando la absorción a medida que aumenta la temperatura del combustible, es también un mecanismo de retroalimentación negativa esencial para el control del reactor.

Aproximadamente el 99,284% del uranio natural es uranio-238, que tiene una vida media de 1,41×10¹⁷ segundos (4,468×10⁹ años). El uranio empobrecido tiene una concentración aún mayor de ²³⁸U, e incluso el uranio poco enriquecido (LEU) sigue siendo mayoritariamente ²³⁸U. El uranio reprocesado también es principalmente ²³⁸U, con aproximadamente tanto uranio-235 como uranio natural, una proporción comparable de uranio-236 y cantidades mucho menores de otros isótopos de uranio como uranio-234, uranio -233 y uranio-232.

Uranio-239

uranio-239 generalmente se produce exponiendo ²³⁸U a radiación de neutrones en un reactor nuclear. El ²³⁹U tiene una vida media de aproximadamente 23,45 minutos y se desintegra beta en neptunio-239, con una energía de desintegración total de aproximadamente 1,29 MeV. La desintegración gamma más común en 74,660 keV explica la diferencia en los dos canales principales de energía de emisión beta, en 1,28 y 1,21 MeV.

²³⁹Np luego, con una vida media de aproximadamente 2.356 días, se desintegra beta a plutonio-239.

Uranio-241

En 2023, en un artículo publicado en Physical Review Letters, un grupo de investigadores con sede en Corea informaron que habían encontrado uranio-241 en un experimento que involucraba ²³⁸U+¹⁹⁸Pt reacciones de transferencia multinucleónica. Su vida media es de unos 40 minutos.

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CE:	Captura de electrones
SF:	Fisión espontánea