|
}}</ref>
==Phân hạch==
== Ứng dụng năng lượng hạt nhân ==
Tuy nặng hơn [[235U]] nhưng chu kỳ bán rã của 238U (4,468 tỉ năm) lớn hơn chu kì bán rã của 235U (760 triệu năm). Khi phân hạch Urani 238 toả ra một năng lượng bằng 4.267 MeV. Nó chỉ có thể phân hạch khi hấp thụ neutron nhanh và phân rã alpha, nhưng nó có thể bắt giữ một neutron chậm và sau 2 phân rã beta nó trở thành [[239Pu]] có khả năng phân hạch. Urani 238 sẽ phân hạch khi hấp thụ các neutron nhanh, nó sẽ phân hạch thành [[22ỏa]] nhưng không thể hỗ trợ cho một dây chuyền phản ứng bởi vì sự tán xạ không đàn hồi làm giảm năng lượng neutron dư dưới mức mà sự phân hạch nhanh xảy ra.
Trong lò phản ứng hạt nhân phân hạch , uranium-238 có thể được sử dụng để tạo ra <sup>239</sup> Pu, bản thân nó có thể được sử dụng trong vũ khí hạt nhân hoặc làm nguồn cung cấp nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân. Trong một lò phản ứng hạt nhân điển hình, có tới một phần ba năng lượng được tạo ra đến từ sự phân hạch của <sup>239</sup> Pu, không được cung cấp làm nhiên liệu cho lò phản ứng, mà là, được sản xuất từ <sup>238</sup> U.
==Ứng dụng==
Ứng dung chính của 238U dùng để làm nguyên liệu cho việc sản xuất 239Pu và làm nhiên liệu phân hạch. Nó còn dùng để làm bom 3F, làm thủy tinh uran, thuốc nhuộm sắc bóng, v.v...
=== Lò phản ứng của nhà tạo giống ===
<sup>238</sup> U không thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu hạt nhân , mặc dù nó có thể tạo ra năng lượng thông qua quá trình phân hạch "nhanh". Trong quá trình này, một neutron có động năng vượt quá 1 MeV có thể khiến hạt nhân <sup>238</sup> U bị tách làm hai. Tùy thuộc vào thiết kế, quá trình này có thể đóng góp khoảng một đến mười phần trăm của tất cả các phản ứng phân hạch trong lò phản ứng, nhưng quá ít 2,5 neutron trung bình <sup>[5]</sup> được tạo ra trong mỗi phân hạch có đủ tốc độ để tiếp tục phản ứng dây chuyền.
<sup>238</sup> U có thể được sử dụng làm nguyên liệu gốc để tạo ra plutonium-239, lần lượt có thể được sử dụng làm nhiên liệu hạt nhân. Các lò phản ứng của nhà tạo giống thực hiện quá trình biến đổi như vậy để chuyển đổi đồng vị màu mỡ <sup>238</sup> U thành Pu-239 phân hạch. Người ta ước tính rằng có khoảng từ 10.000 đến năm tỷ năm trị giá <sup>238</sup> U để sử dụng trong các nhà máy điện này . <sup>[6]</sup> Công nghệ tạo giống đã được sử dụng trong một số lò phản ứng hạt nhân thử nghiệm. <sup>[7]</sup>
Đến tháng 12 năm 2005, lò phản ứng tạo giống duy nhất sản xuất điện là lò phản ứng BN-600 600 megawatt tại Nhà máy điện hạt nhân Beloyarsk ở Nga. Nga đã lên kế hoạch xây dựng một đơn vị khác, BN-800, tại nhà máy điện hạt nhân Beloyarsk. Ngoài ra, lò phản ứng của nhà tạo giống Monju của Nhật Bản dự kiến sẽ được bắt đầu, đã ngừng hoạt động từ năm 1995, và cả Trung Quốc và Ấn Độ đã công bố kế hoạch xây dựng lò phản ứng của nhà tạo giống hạt nhân. Tuy nhiên, sau khi các mối nguy về an toàn và thiết kế được phát hiện, năm 2016, chính phủ Nhật Bản đã ra lệnh ngừng hoạt động lò phản ứng Monju có thể hoàn thành vào năm 2047.
Lò phản ứng của nhà tạo giống như tên gọi của nó tạo ra số lượng lớn hơn Pu-239 so với lò phản ứng hạt nhân phân hạch.
Các sạch và an toàn với môi trường Reactor nâng cao (CAESAR), một khái niệm lò phản ứng hạt nhân mà sẽ sử dụng hơi nước như một người điều hành để kiểm soát neutron chậm , có khả năng sẽ có thể sử dụng <sup>238</sup> U làm nhiên liệu một lần lò phản ứng được bắt đầu với LEU nhiên liệu . Thiết kế này vẫn đang trong giai đoạn đầu phát triển.
=== Che chắn bức xạ ===
<sup>238</sup> U cũng được sử dụng như một lá chắn bức xạ - nó bức xạ alpha có thể dễ dàng chặn lại bởi các phi phóng xạ vỏ của che chắn và cao của uranium trọng lượng nguyên tử và số lượng lớn các electron có hiệu quả cao trong việc hấp thụ tia gamma và tia X . Nó không hiệu quả như nước thông thường để ngăn chặn neutron nhanh . Cả uranium đã cạn kiệt kim loại và uranium dioxide đã cạn kiệt đều được sử dụng để che chắn bức xạ. Uranium tốt hơn khoảng năm lần so với lá chắn tia gamma so với chì , do đó, một lá chắn có cùng hiệu quả có thể được đóng gói thành một lớp mỏng hơn.
DUCRLEX , một loại bê tông được làm bằng cốt liệu uranium dioxide thay vì sỏi, đang được nghiên cứu làm vật liệu cho các hệ thống lưu trữ thùng khô để lưu trữ chất thải phóng xạ .
=== Xuống dốc ===
Sự đối lập của làm giàu là đi xuống . Thặng dư uranium làm giàu cao có thể được hạ xuống bằng uranium cạn kiệt hoặc uranium tự nhiên để biến nó thành uranium làm giàu thấp phù hợp để sử dụng trong nhiên liệu hạt nhân thương mại .
<sup>238</sup> U từ uranium cạn kiệt và uranium tự nhiên cũng được sử dụng với Pu-239 tái chế từ kho dự trữ vũ khí hạt nhân để sản xuất nhiên liệu oxit hỗn hợp (MOX), hiện đang được chuyển hướng để làm nhiên liệu cho các lò phản ứng hạt nhân. Sự pha loãng này, còn được gọi là giảm xuống, có nghĩa là bất kỳ quốc gia hoặc nhóm nào thu được nhiên liệu thành phẩm sẽ phải lặp lại quá trình phân tách hóa học rất phức tạp và phức tạp của quá trình uranium và plutonium trước khi lắp ráp vũ khí.
== Vũ khí hạt nhân ==
Hầu hết các vũ khí hạt nhân hiện đại sử dụng <sup>238</sup> U làm vật liệu "giả mạo" (xem thiết kế vũ khí hạt nhân ). Một bộ giả mạo bao quanh lõi phân hạch hoạt động để phản xạ neutron và thêm quán tính vào lực nén của điện tích Pu-239. Như vậy, nó làm tăng hiệu quả của vũ khí và giảm khối lượng quan trọng cần thiết. Trong trường hợp vũ khí nhiệt hạch <sup>238</sup> U có thể được sử dụng để bao bọc nhiên liệu nhiệt hạch, dòng neutron rất mạnh từ phản ứng nhiệt hạch kết quả gây ra <sup>238</sup>Các hạt nhân U để phân tách và bổ sung thêm năng lượng cho "năng suất" của vũ khí. Những vũ khí như vậy được gọi là vũ khí ''phân hạch-phân hạch'' sau khi xảy ra mỗi phản ứng. Một ví dụ về vũ khí như vậy là Castle Bravo .
Phần lớn hơn của tổng sản lượng thuốc nổ trong thiết kế này đến từ giai đoạn phân hạch cuối cùng được cung cấp bởi <sup>238</sup> U, tạo ra một lượng lớn các sản phẩm phân hạch phóng xạ . Ví dụ, ước tính 77% sản lượng 10,4 megaton của thử nghiệm nhiệt hạch Ivy Mike năm 1952 đến từ sự phân hạch nhanh của máy xáo trộn uranium đã cạn kiệt . Do uranium cạn kiệt không có khối lượng tới hạn, nó có thể được thêm vào bom nhiệt hạch với số lượng gần như không giới hạn. Cuộc thử nghiệm " Tsar Bomba " của Liên Xô năm 1961 đã tạo ra "chỉ" 50 megatons năng lượng nổ, hơn 90% trong số đó đến từ phản ứng tổng hợp, bởi vì <sup>238</sup>Giai đoạn cuối cùng đã được thay thế bằng chì. Nếu <sup>238</sup> U được sử dụng thay thế, năng suất của "Tsar Bomba" có thể cao hơn 100 megaton, và nó sẽ tạo ra bụi phóng xạ hạt nhân tương đương với một phần ba tổng số toàn cầu được sản xuất cho đến thời điểm đó.
== Chuỗi radium (hoặc chuỗi uranium) ==
Chuỗi phân rã <sup>238</sup> U thường được gọi là "chuỗi radium" (đôi khi là "chuỗi urani"). Bắt đầu với uranium -238 tự nhiên , loạt bài này bao gồm các yếu tố sau: astatine , bismuth , chì , polonium , protactinium , radium , radon , thallium , và thorium . Tất cả đều có mặt, ít nhất là thoáng qua, trong bất kỳ mẫu chứa uranium nào, dù là kim loại, hợp chất hay khoáng chất. Sự phân rã tiến hành như:
{| class="wikitable sortable"
!hạt nhân cha mẹ
!tên lịch sử (ngắn)<sup>[8]</sup>
!tên lịch sử (dài)
!khối lượng nguyên tử <sup>[RS 1]</sup>
!chế độ phân rã<sup>[RS 2]</sup>
!cơ hội chi nhánh<sup>[RS 2]</sup>
!Thời gian bán hủy<sup>[RS 2]</sup>
!năng lượng được giải phóng, MeV <sup>[RS 2]</sup>
!hạt nhân con gái<sup>[RS 2]</sup>
!Tổng phụ MeV
|-
|<sup>238</sup> U
|Bạn <sub>tôi</sub>
|Uran I
|238.051
|α
|100%
|4.468 · 10 <sup>9</sup> a
|4.26975
|<sup>234</sup> Th
|4.2698
|-
|<sup>234</sup> Th
|UX <sub>1</sub>
|Urani X <sub>1</sub>
|234.044
|β <sup>-</sup>
|100%
|24.10 d
|0,273088
|<sup>234m</sup> Pa
|4.5428
|-
|<sup>234m</sup> Pa
|UX <sub>2</sub> , Bv
|Urani X <sub>2</sub> , Brevium
|234.043
|CNTT
|0,16%
|1.159 phút
|0,07392
|<sup>234</sup> Pa
|4.6168
|-
|<sup>234m</sup> Pa
|UX <sub>2</sub> , Bv
|Urani X <sub>2</sub> , Brevium
|234.043
|β <sup>-</sup>
|99,84%
|1.159 phút
|2.268205
|<sup>234</sup> U
|6.8110
|-
|<sup>234</sup> Pa
|UZ
|Urani Z
|234.043
|β <sup>-</sup>
|100%
|6,70 h
|2,194285
|<sup>234</sup> U
|6.8110
|-
|<sup>234</sup> U
|U <sub>II</sub>
|Urani II
|234.041
|α
|100%
|2.455 · 10 <sup>5</sup> a
|4,8598
|<sup>230</sup> Th
|11.6708
|-
|<sup>230</sup> Th
|Io
|Ion
|230.033
|α
|100%
|7,54 · 10 <sup>4</sup> a
|4.76975
|<sup>226</sup> Ra
|16.4406
|-
|<sup>226</sup> Ra
|Tăng
|Radium
|226.025
|α
|100%
|1600 một
|4.87062
|<sup>222</sup> Rn
|21,3112
|-
|<sup>222</sup> Rn
|Rn
|Radon, Radium Emanation
|222.018
|α
|100%
|3.8235 d
|5.59031
|<sup>218</sup> Po
|26.9015
|-
|<sup>218</sup> Po
|RaA
|Radium A
|218.009
|β <sup>-</sup>
|0,020%
|3.098 phút
|0,259913
|<sup>218</sup> Tại
|27.1614
|-
|<sup>218</sup> Po
|RaA
|Radium A
|218.009
|α
|99,980%
|3.098 phút
|6.11468
|<sup>214</sup> Pb
|33,0162
|-
|<sup>218</sup> Tại
|
|
|218.009
|β <sup>-</sup>
|0,1%
|1,5 giây
|2.881314
|<sup>218</sup> Rn
|30.0428
|-
|<sup>218</sup> Tại
|
|
|218.009
|α
|99,9%
|1,5 giây
|6.874
|<sup>214</sup> Bi
|34.0354
|-
|<sup>218</sup> Rn
|
|
|218.006
|α
|100%
|35 ms
|7.26254
|<sup>214</sup> Po
|37.3053
|-
|<sup>214</sup> Pb
|RaB
|Radium B
|214.000
|β <sup>-</sup>
|100%
|26,8 phút
|1.019237
|<sup>214</sup> Bi
|34.0354
|-
|<sup>214</sup> Bi
|RaC
|Radium C
|213.999
|β <sup>-</sup>
|99,979%
|19,9 phút
|3.269857
|<sup>214</sup> Po
|37.3053
|-
|<sup>214</sup> Bi
|RaC
|Radium C
|213.999
|α
|0,021%
|19,9 phút
|5,62119
|<sup>210</sup> Tl
|39,6566
|-
|<sup>214</sup> Po
|RaC '
|Radium C '
|213.995
|α
|100%
|164,3 μs
|7.83346
|<sup>210</sup> Pb
|45.1388
|-
|<sup>210</sup> Tl
|RaC "
|Radium C "
|209.990
|β <sup>-</sup>
|100%
|1,30 phút
|5.48213
|<sup>210</sup> Pb
|45.1388
|-
|<sup>210</sup> Pb
|RaD
|Radium D
|209.984
|β <sup>-</sup>
|100%
|22,20
|0,063487
|<sup>210</sup> Bi
|45.2022
|-
|<sup>210</sup> Pb
|RaD
|Radium D
|209.984
|α
|1,9 · 10 <sup>6</sup> %
|22,20
|3.7923
|<sup>206</sup> Hg
|48,9311
|-
|<sup>210</sup> Bi
|RaE
|Radium E
|209.984
|β <sup>-</sup>
|100%
|5.012 d
|1.161234
|<sup>210</sup> Po
|46,3635
|-
|<sup>210</sup> Bi
|RaE
|Radium E
|209.984
|α
|13,2 · 10 <sup>5</sup> %
|5.012 d
|5.03647
|<sup>206</sup> Tl
|50.2387
|-
|<sup>210</sup> Po
|RaF
|Radium F
|209.983
|α
|100%
|138.376 d
|5.40745
|<sup>206</sup> Pb
|51.7709
|-
|<sup>206</sup> Hg
|
|
|205.978
|β <sup>-</sup>
|100%
|8,32 phút
|1.307649
|<sup>206</sup> Tl
|50.2387
|-
|<sup>206</sup> Tl
|RaE "
|Radium E "
|205.976
|β <sup>-</sup>
|100%
|4.202 phút
|1.532221
|<sup>206</sup> Pb
|51.7709
|-
|<sup>206</sup> Pb
|Giẻ
|Radium G
|205.974
|ổn định
| -
| -
| -
| -
|51.7709
|}
:
Các đời trung bình của <sup>238</sup> U là 1,41 × 10 <sup>17</sup> giây chia cho 0,693 (hoặc nhân với 1,443), tức là ca. 2 × 10 <sup>17</sup> giây, vì vậy 1 mol của <sup>238</sup> U phát ra 3 × 10 <sup>6</sup> hạt alpha mỗi giây, sản xuất cùng một số thori-234 (Th-234) nguyên tử . Trong một hệ thống kín, sẽ đạt được trạng thái cân bằng, với tất cả các lượng ngoại trừ chì-206 và <sup>238</sup> U theo tỷ lệ cố định, với số lượng giảm dần. Lượng Pb-206 sẽ tăng tương ứng trong khi <sup>238</sup> U giảm; tất cả các bước trong chuỗi phân rã có cùng tỷ lệ 3× 10 <sup>6</sup> hạt phân rã mỗi giây mỗi mol <sup>238</sup> U.
Thorium-234 có tuổi thọ trung bình là 3 × 10 <sup>6</sup> giây, do đó, sẽ có trạng thái cân bằng nếu một mol <sup>238</sup> U chứa 9 × 10 <sup>12</sup> nguyên tử thorium-234, là 1,5 × 10 <sup>- 11</sup> mol (tỷ lệ của hai nửa -lives). Tương tự, ở trạng thái cân bằng trong một hệ kín, lượng của mỗi sản phẩm phân rã, ngoại trừ chì của sản phẩm cuối, tỷ lệ với thời gian bán hủy của nó.
Như đã đề cập ở trên, khi bắt đầu với <sup>238</sup> U thuần túy , trong một khoảng thời gian của con người, trạng thái cân bằng chỉ áp dụng cho ba bước đầu tiên trong chuỗi phân rã. Do đó, đối với một mol <sup>238</sup> U, 3 ×10 <sup>6</sup> lần mỗi giây, một hạt alpha và hai hạt beta và tia gamma được tạo ra, cùng với 6,7 MeV, tỷ lệ 3 PhaW. Ngoại suy trên 2 × 10 <sup>17</sup> giây, đây là 600 gigajoules, tổng năng lượng được giải phóng trong ba bước đầu tiên trong chuỗi phân rã.
== Phân rã phóng xạ [ sửa ] ==
Sự phong phú của <sup>238</sup> U và sự phân rã của nó đối với các đồng vị con bao gồm nhiều kỹ thuật "niên đại urani" và là một trong những đồng vị phóng xạ phổ biến nhất được sử dụng trong việc xác định bằng phép đo phóng xạ . Phương pháp bán rã phổ biến nhất là bán rã uranium , được sử dụng để xác định niên đại những tảng đá cũ hơn 1 triệu năm tuổi và đã cung cấp tuổi cho những tảng đá lâu đời nhất trên Trái đất khi 4,4 tỷ năm tuổi. <sup>[9]</sup>
Mối quan hệ giữa <sup>238</sup> U và <sup>234</sup> U cho thấy tuổi của trầm tích và nước biển có độ tuổi từ 100.000 đến 1.200.000 năm. <sup>[10]</sup>
Các <sup>238</sup> U sản phẩm ( <sup>206</sup> Pb) là một phần không thể thiếu của bán rã uranium-chì , đó là nổi tiếng nhất cho việc xác định tuổi của Trái Đất . <sup>[11]</sup>
Các Voyager tàu vũ trụ mang một lượng nhỏ ban đầu tinh khiết <sup>238</sup> U trên trang bìa của họ ghi chép vàng để tạo điều kiện hẹn hò theo cách tương tự.
==Xem thêm==
• [[Plutoni]]
|
