Tre isotopi naturali, tre prodotti nei reattori

L’uranio naturale è costituito principalmente da uranio-238 con uranio-235 allo 0,7% e una piccola quantità di isotopo 234. Tre isotopi, uranio 236, 233 e 232, sono prodotti anche dai reattori di uranio-235 e torio. Questi tre isotopi naturali e questi tre isotopi artificiali sono alpha emettitori

Confronto dei radioattivo proprietà di isotopi di uranio
I principali isotopi di uranio contenuto in questa tabella sono estremamente lunga durata con l’eccezione di uranio 232. Tutti sono emettitori alfa da 4 a 5 MeV di energia. Le colonne di sinistra della tabella mostrano tuttavia la presenza di una radiazione gamma a bassa energia e rari decadimenti beta. Attività specifiche (attività ridotte a 1 grammo) sono inversamente proporzionali all’emivita.
ANL/Uranium fact sheet

Tre isotopi naturali

L’uranio 238, che da solo costituisce il 99,3% dell’uranio naturale, ha la vita più lunga: il suo periodo è di 4,5 miliardi di anni, circa l’età della Terra. Non è molto radioattivo. Il suo periodo molto lungo dice che è ancora presente nella crosta terrestre. La cattura di neutroni da parte di questo nucleo porta alla formazione di plutonio fissile-239 in un reattore. Difficilmente fissile, U-238 contribuisce al funzionamento dei reattori e alla produzione di elettricità attraverso questo plutonio. Questo potenziale impressionante di energia di fissione rimane ancora in gran parte non sfruttato. Lo scopo dei reattori breeder di quarta generazione è quello di recuperare questo fantastico potenziale.
L’uranio 235, l’unico nucleo fissile esistente trovato nell’uranio naturale, viene utilizzato come combustibile nucleare nei reattori e come esplosivo per le armi nucleari. Questo rarissimo isotopo, presente alla concentrazione dello 0,7% nell’uranio naturale, è quindi un materiale altamente strategico e ambito. Il suo periodo molto lungo, 700 milioni di anni, è tuttavia 6,5 volte più breve dell’isotopo 238. Al momento della formazione della Terra, U-235 era 85 volte più abbondante. Lo 0,7% osservato oggi è un residuo pallido di questa abbondanza passata. Se gli esseri umani fossero stati presenti all’inizio della Terra, non avrebbero avuto bisogno di arricchire l’uranio per produrre bombe atomiche o far funzionare i loro reattori!
Uranio 234 è il primo discendente longevo di uranio-238. In un campione naturale di uranio, questi nuclei sono presenti nelle proporzioni inalterabili dell’equilibrio radioattivo della filiazione uranio-238 in un rapporto di un atomo di uranio-234 per 18 800 atomi di uranio – 238, in modo che i due isotopi contribuiscano ugualmente alle radiazioni emesse dall’uranio.

Formazione degli isotopi 236, 233 e 232
Gli isotopi 236, 233 e 232 dell’uranio si formano nei reattori da catture di neutroni non seguite da fissione. L’uranio-236 è formato da una semplice cattura radiativa da parte di un nucleo di uranio-235 in contrasto con le catture che causano la fissione. L’uranio-233 è formato da una cattura simile da parte di un nucleo di torio naturale, seguito da due trasformazioni radioattive. L’uranio 233 è fissile. Sottoposto al flusso di neutroni da un reattore, subisce la fissione, ma più raramente si trasforma in uranio 232 da una reazione di cattura specifica (n, 2n) che innesca l’espulsione di due neutroni.
IN2P3

Tre isotopi artificiali

L’uranio 236 si forma nel combustibile nucleare dall’uranio 235, dopo la cattura di neutroni che non ha causato la fissione. La presenza di questo isotopo in un campione di uranio significa che il campione è stato in un reattore.
L’uranio 233 è un nucleo fissile che non esiste naturalmente, come il plutonio 239, che è vicino al suo modo di produzione. È prodotto dalla cattura di neutroni in reattori contenenti torio. Fissionabile da neutroni veloci e neutroni lenti, questo nucleo ha alcune caratteristiche interessanti per la produzione di energia. I reattori che utilizzano torio e uranio-233 sono una delle opzioni prese in considerazione per i futuri reattori di quarta generazione.
L’uranio 232 è un sottoprodotto dei reattori funzionanti con torio e uranio 233 foel. La formazione di questo isotopo deriva dalla cattura di neutroni specifici da parte dell’uranio 233 che causano l’espulsione di due neutroni. L’uranio 232 ha un periodo relativamente breve di 68.9 anni, ma soprattutto la sua filiazione radioattiva genera un discendente, tallio 208, che emette raggi gamma di 2,6 MeV che sono molto energetici e altamente penetranti. Queste intense radiazioni rendono la manipolazione di uranio fissile-233 contaminato con uranio 232, molto più pericoloso dei combustibili convenzionali uranio 235 o plutonio 239. Essi costituiscono un ostacolo alla proliferazione di bombe fatte di questo uranio fissile.
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