यूरेनियम-238
General | |
---|---|
Symbol | 238U |
Names | यूरेनियम-238, 238U, U-238 |
Protons (Z) | 92 |
Neutrons (N) | 146 |
Nuclide data | |
Natural abundance | 99.2745% |
Half-life (t1/2) | 4.468×109 years |
Isotope mass | 238.05078826 Da |
Spin | 0 |
Parent isotopes | 242Pu (α) 238Pa (β−) |
Decay products | 234Th |
Decay modes | |
Decay mode | Decay energy (MeV) |
alpha decay | 4.267 |
Isotopes of uranium Complete table of nuclides |
यूरेनियम -238 (238U या U-238) प्रकृति में पाए जाने वाले [[यूरेनियम-235]] के यूरेनियम का सबसे आम समस्थानिक है, जिसकी सापेक्ष बहुतायत 99% है। यूरेनियम -235 के विपरीत, यह गैर-विखंडनीय है, जिसका अर्थ है कि यह थर्मल-न्यूट्रॉन रिएक्टर में श्रृंखला प्रतिक्रिया को बनाए नहीं रख सकता है। हालांकि, यह तेजी तेज न्यूट्रॉन द्वारा विखंडनीय है, और उपजाऊ सामग्री है। 238यू श्रृंखला प्रतिक्रिया का समर्थन नहीं कर सकता है क्योंकि अप्रत्यास्थ बिखरने से न्यूट्रॉन ऊर्जा उस सीमा से नीचे कम हो जाती है जहां एक या अधिक अगली पीढ़ी के नाभिकों का तेजी से विखंडन संभव है। डॉपलर का विस्तार 238यू का न्यूट्रॉन अवशोषण अनुनाद, ईंधन के तापमान में वृद्धि के साथ अवशोषण में वृद्धि, रिएक्टर नियंत्रण के लिए एक आवश्यक नकारात्मक प्रतिक्रिया तंत्र भी है।
प्राकृतिक यूरेनियम का लगभग 99.284% द्रव्यमान यूरेनियम -238 है, जिसका आधा जीवन 1.41 है×1017 दूसरा (4.468×109 वर्ष, या 4.468 बिलियन वर्ष)।[1] इसकी प्राकृतिक प्रचुरता और अन्य रेडियोधर्मी तत्वों के सापेक्ष अर्ध-जीवन के कारण, 238U पृथ्वी के भीतर उत्पादित रेडियोधर्मी ऊष्मा का ~40% उत्पन्न करता है।[2] ऊपर>238यू क्षय श्रृंखला प्रति इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो|इलेक्ट्रॉन एंटी-न्यूट्रिनो का योगदान करती है 238यू नाभिक (1 प्रति बीटा क्षय), जिसके परिणामस्वरूप पृथ्वी के भीतर क्षय होने पर एक बड़ा पता लगाने योग्य जियोन्यूट्रिनो संकेत मिलता है।[3] का क्षय 238यू टू डॉटर समस्थानिक का व्यापक रूप से रेडियोमेट्रिक डेटिंग में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से ~ 1 मिलियन वर्ष से अधिक पुरानी सामग्री के लिए।
समाप्त यूरेनियम की सान्द्रता और भी अधिक होती है 238यू आइसोटोप, और यहां तक कि कम समृद्ध यूरेनियम (एलईयू), जबकि यूरेनियम-235 आइसोटोप का उच्च अनुपात (घटित यूरेनियम की तुलना में) अभी भी ज्यादातर है 238यू. पुनर्संसाधित यूरेनियम भी मुख्य रूप से है 238U, प्राकृतिक यूरेनियम जितना लगभग यूरेनियम-235, यूरेनियम-236 का एक तुलनीय अनुपात, और यूरेनियम के अन्य समस्थानिकों जैसे यूरेनियम-234, यूरेनियम-233 और यूरेनियम-232 की बहुत कम मात्रा के साथ।[4]
परमाणु ऊर्जा अनुप्रयोग
एक विखंडन परमाणु रिएक्टर में, यूरेनियम-238 का उपयोग प्लूटोनियम-239 उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है, जिसका उपयोग स्वयं परमाणु हथियार में या परमाणु-रिएक्टर ईंधन आपूर्ति के रूप में किया जा सकता है। एक विशिष्ट परमाणु रिएक्टर में, उत्पन्न शक्ति का एक तिहाई तक विखंडन से आता है 239पु, जो रिएक्टर को ईंधन के रूप में आपूर्ति नहीं की जाती है, बल्कि परमाणु रूपांतरण से होती है 238यू.[5] उत्पादन की एक निश्चित मात्रा 239
Pu से 238
U न्यूट्रॉन विकिरण के संपर्क में आने पर अपरिहार्य है। जला और न्यूट्रॉन तापमान के आधार पर, के विभिन्न शेयर 239
Pu में परिवर्तित हो जाते हैं 240
Pu, जो उत्पादित प्लूटोनियम का ग्रेड निर्धारित करता है, रिएक्टर ग्रेड प्लूटोनियम के माध्यम से हथियारों हथियार ग्रेड प्लूटोनियम से लेकर इतनी अधिक मात्रा में प्लूटोनियम तक 240
Pu कि इसका उपयोग थर्मल न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम के साथ चल रहे वर्तमान रिएक्टरों में नहीं किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध में आमतौर पर पुनर्नवीनीकरण एमओएक्स ईंधन शामिल होता है जो प्लूटोनियम की महत्वपूर्ण मात्रा वाले रिएक्टर में प्रवेश करता है[citation needed].
ब्रीडर रिएक्टर
238यू तेजी से विखंडन के माध्यम से ऊर्जा का उत्पादन कर सकता है तेजी से विखंडन। इस प्रक्रिया में, एक न्यूट्रॉन जिसकी गतिज ऊर्जा 1 MeV से अधिक है, के नाभिक का कारण बन सकता है 238यू विभाजित करने के लिए। डिजाइन के आधार पर, यह प्रक्रिया एक रिएक्टर में सभी विखंडन प्रतिक्रियाओं में से कुछ एक से दस प्रतिशत योगदान दे सकती है, लेकिन औसत 2.5 न्यूट्रॉन में से बहुत कम[6] प्रत्येक विखंडन में उत्पादित एक श्रृंखला प्रतिक्रिया जारी रखने के लिए पर्याप्त गति होती है।
238U का उपयोग प्लूटोनियम-239 बनाने के लिए एक स्रोत सामग्री के रूप में किया जा सकता है, जिसका उपयोग परमाणु ईंधन के रूप में किया जा सकता है। ब्रीडर रिएक्टर उपजाऊ सामग्री आइसोटोप को परिवर्तित करने के लिए परमाणु रूपांतरण की ऐसी प्रक्रिया को अंजाम देते हैं 238यू विखंडनीय में 239पु. यह अनुमान लगाया गया है कि 10,000 से लेकर पाँच अरब वर्षों तक कहीं भी है 238यू इन बिजलीघर में उपयोग के लिए।[7] कई प्रयोगात्मक परमाणु रिएक्टरों में ब्रीडर प्रौद्योगिकी का उपयोग किया गया है।[8] दिसंबर 2005 तक, रूस में बेलोयार्स्क न्यूक्लियर पावर स्टेशन पर 600 मेगावाट बीएन -600 रिएक्टर बिजली पैदा करने वाला एकमात्र ब्रीडर रिएक्टर था। रूस ने बाद में बेलोयार्स्क परमाणु ऊर्जा स्टेशन में एक और इकाई, [[बीएन-600 रिएक्टर]]|बीएन-800 का निर्माण किया, जो नवंबर 2016 में पूरी तरह से चालू हो गया। मूल रूप से 1986 में बनाया गया था, 2016 में डीकमीशनिंग के लिए आदेश दिया गया था, सुरक्षा और डिजाइन के खतरों को उजागर करने के बाद, 2047 के लिए एक पूर्णता तिथि निर्धारित की गई थी। चीन और भारत दोनों ने परमाणु ब्रीडर रिएक्टर बनाने की योजना की घोषणा की है।[citation needed]
ब्रीडर रिएक्टर, जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, और भी बड़ी मात्रा में बनाता है 239पु या 233विखंडन परमाणु रिएक्टर की तुलना में यू।[citation needed]
स्वच्छ और पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित उन्नत रिएक्टर (CAESAR), एक परमाणु रिएक्टर अवधारणा जो विलंबित न्यूट्रॉन को नियंत्रित करने के लिए एक मंदक के रूप में भाप का उपयोग करेगी, संभावित रूप से उपयोग करने में सक्षम होगी 238यू ईंधन के रूप में एक बार जब रिएक्टर कम समृद्ध यूरेनियम (एलईयू) ईंधन के साथ शुरू हो जाता है। यह डिज़ाइन अभी भी विकास के प्रारंभिक चरण में है।[citation needed]
कैंडू रिएक्टर
प्राकृतिक यूरेनियम, 0.7% के साथ 235
U
, विशेष रूप से प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले यूरेनियम, जैसे कि CANDU रिएक्टरों का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किए गए रिएक्टरों में परमाणु ईंधन के रूप में प्रयोग करने योग्य है। गैर-समृद्ध यूरेनियम का उपयोग करके, इस तरह जब रिएक्टर डिजाइन ईंधन संवर्धन क्षमताओं के विकास की आवश्यकता के बिना बिजली उत्पादन के उद्देश्य से एक राष्ट्र को परमाणु ऊर्जा तक पहुंच प्रदान करते हैं, जिसे अक्सर हथियारों के उत्पादन के लिए एक प्रस्तावना के रूप में देखा जाता है।[citation needed].
विकिरण परिरक्षण
238U का उपयोग विकिरण परिरक्षण के रूप में भी किया जाता है - इसके अल्फा विकिरण को परिरक्षण के गैर-रेडियोधर्मी आवरण द्वारा आसानी से रोक दिया जाता है और यूरेनियम का उच्च परमाणु भार और उच्च संख्या में इलेक्ट्रॉन गामा किरणों और X- को अवशोषित करने में अत्यधिक प्रभावी होते हैं। किरणें। यह तीव्र न्यूट्रॉनों को रोकने के लिए साधारण जल जितना प्रभावी नहीं होता है। धात्विक क्षीण यूरेनियम और क्षीण यूरेनियम डाइऑक्साइड दोनों का उपयोग विकिरण परिरक्षण के लिए किया जाता है। यूरेनियम सीसा की तुलना में गामा किरण ढाल के रूप में लगभग पांच गुना बेहतर है, इसलिए समान प्रभाव वाली ढाल को एक पतली परत में पैक किया जा सकता है।[citation needed]
DUCRETE, बजरी के बजाय यूरेनियम डाइऑक्साइड निर्माण कुल से बना एक कंक्रीट, रेडियोधर्मी कचरे को स्टोर करने के लिए सूखी पीपा भंडारण प्रणालियों के लिए एक सामग्री के रूप में जांच की जा रही है।[citation needed]
डाउनब्लेंडिंग
समृद्ध करने के विपरीत परमाणु पुनर्संसाधन#डाउनब्लेंडिंग है। अधिशेष अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम को कम समृद्ध यूरेनियम या प्राकृतिक यूरेनियम के साथ वाणिज्यिक परमाणु ईंधन में उपयोग के लिए उपयुक्त कम समृद्ध यूरेनियम में परिवर्तित किया जा सकता है।
238घटित यूरेनियम से यू और प्राकृतिक यूरेनियम का भी पुनर्चक्रण के साथ उपयोग किया जाता है मिश्रित ऑक्साइड ईंधन (MOX) बनाने के लिए परमाणु हथियारों के भंडार से 239पु, जिसे अब परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन बनने के लिए पुनर्निर्देशित किया जा रहा है। यह तनुकरण, जिसे डाउनब्लेंडिंग भी कहा जाता है, का अर्थ है कि कोई भी राष्ट्र या समूह जिसने तैयार ईंधन हासिल किया है, उसे हथियार बनाने से पहले यूरेनियम और प्लूटोनियम प्रक्रिया के बहुत महंगे और जटिल रासायनिक पृथक्करण को दोहराना होगा।[citation needed]
परमाणु हथियार
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अधिकांश आधुनिक परमाणु हथियारों का उपयोग 238यू एक छेड़छाड़ सामग्री के रूप में (परमाणु हथियार डिजाइन देखें)। एक छेड़छाड़ जो एक विखंडनीय कोर को घेरती है, न्यूट्रॉन परावर्तक के लिए काम करती है और के संपीड़न में जड़ता को जोड़ने के लिए 239पु चार्ज। जैसे, यह हथियार की दक्षता को बढ़ाता है और आवश्यक महत्वपूर्ण द्रव्यमान (परमाणु) को कम करता है। थर्मोन्यूक्लियर हथियार के मामले में, 238यू संलयन ईंधन को घेरने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप परमाणु संलयन प्रतिक्रिया के कारण बहुत ऊर्जावान न्यूट्रॉन का उच्च प्रवाह होता है 238यू नाभिक को विभाजित करने के लिए और हथियार की उपज में अधिक ऊर्जा जोड़ता है। इस तरह के हथियारों को विखंडन-संलयन-विखंडन हथियारों के रूप में जाना जाता है, जिस क्रम में प्रत्येक प्रतिक्रिया होती है। ऐसे हथियार का एक उदाहरण कैसल ब्रावो है।
इस डिजाइन में कुल विस्फोटक उपज का बड़ा हिस्सा अंतिम विखंडन चरण से आता है 238U, भारी मात्रा में रेडियोधर्मी विखंडन उत्पादों का उत्पादन करता है। उदाहरण के लिए, 1952 में आइवी माइक थर्मोन्यूक्लियर परीक्षण की 10.4-मेगाटन उपज का अनुमानित 77% घटे हुए यूरेनियम परमाणु हथियार डिजाइन #टैम्पर रिफ्लेक्टर के तेजी से विखंडन से आया था। क्योंकि घटे हुए यूरेनियम का कोई महत्वपूर्ण द्रव्यमान नहीं है, इसे थर्मोन्यूक्लियर बमों में लगभग असीमित मात्रा में जोड़ा जा सकता है। 1961 में सोवियत संघ के ज़ार बॉम्बा के परीक्षण ने केवल 50 मेगाटन विस्फोटक शक्ति का उत्पादन किया, जिसमें से 90% से अधिक संलयन से आया क्योंकि 238U अंतिम चरण को लीड से बदल दिया गया था। था 238 </सुप>यू का उपयोग किया गया था, ज़ार बॉम्बा की उपज 100 मेगाटन से अधिक हो सकती थी, और यह उस समय तक उत्पादित वैश्विक कुल के एक तिहाई के बराबर परमाणु गिरावट का उत्पादन करती।
रेडियम श्रृंखला (या यूरेनियम श्रृंखला)
की क्षय श्रृंखला 238यू को आमतौर पर रेडियम श्रृंखला (कभी-कभी यूरेनियम श्रृंखला) कहा जाता है। स्वाभाविक रूप से यूरेनियम -238 से शुरू होने वाली इस श्रृंखला में निम्नलिखित तत्व शामिल हैं: एस्टैटिन, विस्मुट, सीसा, एक विशेष तत्त्व जिस का प्रभाव रेडियो पर पड़ता है , एक प्रकार का रसायनिक मूलतत्त्व, रेडियम, रेडॉन, थालियम और थोरियम। सभी क्षय उत्पाद मौजूद हैं, कम से कम क्षणिक रूप से, किसी भी यूरेनियम युक्त नमूने में, चाहे वह धातु, यौगिक या खनिज हो। क्षय इस प्रकार होता है:
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का औसत जीवनकाल 238यू 1.41 है×1017 सेकंड 0.693 से विभाजित (या 1.443 से गुणा), यानी सीए। 2×1017 सेकंड, तो 1 मोल (यूनिट)। 238यू उत्सर्जित करता है 3×106 अल्फा कण प्रति सेकंड, समान संख्या में थोरियम-234 परमाणुओं का उत्पादन करते हैं। एक बंद प्रणाली में सीसा-206 और को छोड़कर सभी राशियों के साथ एक संतुलन तक पहुँच जाएगा 238U निश्चित अनुपात में, धीरे-धीरे घटती मात्रा में। की राशि 206पंजाब तदनुसार बढ़ जाएगा, जबकि की 238यू घटता है; क्षय श्रृंखला के सभी चरणों की दर समान 3 है×106 प्रति सेकंड प्रति मोल क्षयित कण 238यू.
थोरियम-234 का औसत जीवनकाल 3 है×106 सेकंड, इसलिए यदि एक मोल का संतुलन है 238U में 9 है×1012 थोरियम-234 के परमाणु, जो 1.5 है×10−11 तिल (दो आधे जीवन का अनुपात)। इसी तरह, एक बंद प्रणाली में एक संतुलन में, अंतिम उत्पाद लीड को छोड़कर प्रत्येक क्षय उत्पाद की मात्रा, उसके आधे जीवन के समानुपाती होती है।
जबकि 238U कम से कम रेडियोधर्मी है, इसके क्षय उत्पाद, थोरियम-234 और प्रोटैक्टीनियम-234, क्रमशः 20 दिनों और एक मिनट के आधे जीवन वाले बीटा कण उत्सर्जक हैं। प्रोटैक्टीनियम-234 का यूरेनियम-234 में क्षय होता है, जिसका आधा जीवन सैकड़ों सहस्राब्दी का होता है, और यह आइसोटोप बहुत लंबे समय तक एक संतुलन एकाग्रता तक नहीं पहुंचता है। जब क्षय श्रृंखला में पहले दो समस्थानिक अपने अपेक्षाकृत छोटे संतुलन सांद्रता तक पहुँचते हैं, तो प्रारंभिक रूप से शुद्ध का एक नमूना 238यू के कारण तीन गुना विकिरण उत्सर्जित होगा 238स्वयं U, और इस विकिरण का अधिकांश भाग बीटा कण हैं।
जैसा ऊपर बताया गया है, शुद्ध से शुरू करते समय 238U, एक मानवीय समयमान के भीतर संतुलन केवल क्षय श्रृंखला के पहले तीन चरणों के लिए लागू होता है। इस प्रकार, एक तिल के लिए 238यू, 3×106 बार प्रति सेकंड एक अल्फा और दो बीटा कण और एक गामा किरण एक साथ 6.7 MeV, 3 µW की दर से उत्पन्न होते हैं। 2 से अधिक निकाला गया×1017 सेकंड यह 600 गीगाजूल है, क्षय श्रृंखला में पहले तीन चरणों में जारी कुल ऊर्जा।
रेडियोधर्मी डेटिंग
238यू प्रचुरता और बेटी समस्थानिकों के क्षय में कई यूरेनियम डेटिंग तकनीकें शामिल हैं और रेडियोधर्मी डेटिंग में उपयोग किए जाने वाले सबसे आम रेडियोधर्मी समस्थानिकों में से एक है। सबसे आम डेटिंग विधि यूरेनियम-लेड डेटिंग है।[10] के बीच संबंध 238यू और 234यू तलछट और समुद्री जल की आयु का संकेत देता है जो 100,000 वर्ष से 1,200,000 वर्ष के बीच है।[11]
up>238यू डॉटर प्रोडक्ट, 206Pb, लेड-लेड डेटिंग का एक अभिन्न अंग है, जो पृथ्वी की आयु के निर्धारण के लिए सबसे प्रसिद्ध है।[12]
वायेजर कार्यक्रम अंतरिक्ष यान प्रारंभिक रूप से थोड़ी मात्रा में शुद्ध होता है 238उसी तरीके से डेटिंग की सुविधा के लिए उनके वायेजर गोल्डन रिकॉर्ड के कवर पर यू।[13]
स्वास्थ्य संबंधी चिंताएं
यूरेनियम अल्फा क्षय की प्रक्रिया के माध्यम से अल्फा कणों का उत्सर्जन करता है। बाहरी जोखिम का सीमित प्रभाव होता है। यूरेनियम या इसके क्षय उत्पादों, जैसे थोरियम-230, रेडियम-226 और रेडॉन-222 के छोटे कणों के लिए महत्वपूर्ण आंतरिक जोखिम, हड्डी या यकृत के कैंसर जैसे गंभीर स्वास्थ्य प्रभाव पैदा कर सकता है।
यूरेनियम भी एक जहरीला रसायन है, जिसका अर्थ है कि यूरेनियम के अंतर्ग्रहण से इसके रासायनिक गुणों से किडनी को बहुत जल्दी नुकसान हो सकता है, क्योंकि इसके रेडियोधर्मी गुण हड्डी या यकृत के कैंसर का कारण बनेंगे।[14][15]
यह भी देखें
- समाप्त यूरेनियम
- यूरेनियम-लीड डेटिंग|यूरेनियम-लीड डेटिंग
संदर्भ
- ↑ Mcclain, D. E.; Miller, A. C.; Kalinich, J. F. (December 20, 2007). "आर्मर-पेनेट्रेटिंग म्यूनिशन में घटे हुए यूरेनियम और सरोगेट धातुओं के सैन्य उपयोग के बारे में स्वास्थ्य संबंधी चिंताओं की स्थिति" (PDF). NATO. Archived from the original (PDF) on April 19, 2011. Retrieved November 14, 2010.
- ↑ Arevalo, Ricardo; McDonough, William F.; Luong, Mario (2009). "The K-U ratio of the silicate Earth: Insights into mantle composition, structure and thermal evolution". Earth and Planetary Science Letters. 278 (3–4): 361–369. Bibcode:2009E&PSL.278..361A. doi:10.1016/j.epsl.2008.12.023.
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- ↑ Radioisotope Brief CDC (accessed November 8, 2021)
- ↑ Uranium Mining in Virginia: Scientific, Technical, Environmental, Human Health and Safety, and Regulatory Aspects of Uranium Mining and Processing in Virginia, Ch. 5. Potential Human Health Effects of Uranium Mining, Processing, and Reclamation. National Academies Press (US); December 19, 2011.
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