El uranio-234 ( 234 U o U-234 ) es un isótopo del uranio . En el uranio natural y en el mineral de uranio, el 234 U se presenta como un producto de desintegración indirecta del uranio-238 , pero constituye solo el 0,0055% (55 partes por millón , o 1/18.000) del uranio en bruto porque su vida media de solo 245.500 años es solo alrededor de 1/18.000 de la del 238 U. Por lo tanto, la relación de234
U a238
El U en una muestra natural es equivalente a la relación de sus vidas medias. La vía principal de producción de 234 U a través de la desintegración nuclear es la siguiente: los núcleos de uranio-238 emiten una partícula alfa para convertirse en torio-234 . A continuación, con una vida media corta, los núcleos de 234 Th emiten una partícula beta para convertirse en protactinio -234 ( 234 Pa), o más probablemente un isómero nuclear denominado 234m Pa. Finalmente, los núcleos de 234 Pa o 234m Pa emiten otra partícula beta para convertirse en núcleos de 234 U.
Los núcleos de uranio-234 se desintegran por emisión alfa a torio-230, a excepción de la pequeña fracción (partes por mil millones) de núcleos que experimentan fisión espontánea .
La extracción de cantidades bastante pequeñas de 234 U del uranio natural sería factible mediante la separación de isótopos , similar a la que se utiliza para el enriquecimiento regular del uranio . Sin embargo, no existe una demanda real en química , física o ingeniería para aislar 234 U. Se pueden extraer muestras puras muy pequeñas de 234 U mediante el proceso de intercambio iónico químico a partir de muestras de plutonio-238 que se han envejecido un poco para permitir cierta desintegración a 234 U mediante emisión alfa .
El uranio enriquecido contiene más 234 U que el uranio natural como subproducto del proceso de enriquecimiento de uranio destinado a obtener uranio-235 , que concentra isótopos más ligeros incluso más fuertemente que el 235 U. El documento de investigación del OIEA TECDOC-1529 concluye que el contenido de 234 U del combustible enriquecido es directamente proporcional al grado de 235 U: el enriquecimiento con un 2% de 235 U da como resultado 150 g de 234 U/tonelada de HM, y el enriquecimiento más común del 4,5% de 235 U da como resultado 400 g de 234 U/tonelada de HM. [1] El mayor porcentaje de 234 U en el uranio natural enriquecido es aceptable en los reactores nucleares actuales . El uranio reprocesado reciclado (reenriquecido) contiene fracciones aún mayores de 234 U. Esto es ventajoso porque, si bien el 234 U no es fisible , tiende a absorber neutrones lentos en un reactor nuclear que genera 235 U. Esto es mucho más eficiente que la serie de pasos 238 U + n → 239 Np → 239 Pu para reemplazar el consumo de isótopos fisibles.
El uranio-234 tiene una sección eficaz de captura de neutrones de aproximadamente 100 barns para neutrones térmicos y de aproximadamente 700 barns para su integral de resonancia (el promedio de neutrones que tienen un rango de energías intermedias). En un reactor nuclear, los isótopos no fisionables 234 U y 238 U capturan un neutrón, generando así los isótopos fisionables 235 U y 239 Pu, respectivamente. El 234 U se convierte en 235 U más fácilmente y, por lo tanto, a una tasa mayor que el 238 U en 239 Pu (a través del neptunio-239 ) porque el 238 U tiene una sección eficaz de captura de neutrones mucho más pequeña de solo 2,7 barns. En la reacción 234 U + n → 235 U, el contenido de 234 U del combustible enriquecido al 4,5 % disminuye de manera constante durante el período de irradiación, pasando de 450 g/tonelada de HM a 205 g/tonelada de HM en el combustible con una irradiación de 60 GWd/tonelada de HM. [2]
Además, las reacciones (n, 2n) con neutrones rápidos también convierten pequeñas cantidades de 235 U en 234 U. Esto se contrarresta con la rápida conversión del 234 U disponible en 235 U a través de la captura de neutrones térmicos . El combustible gastado puede contener hasta un 0,010 % de 234 U, o 100 partes por millón , una fracción mayor que las 55 partes por millón del uranio natural. El uranio empobrecido separado durante el proceso de enriquecimiento contiene mucho menos 234 U (alrededor del 0,001 % [3] ), lo que hace que la radiactividad del uranio empobrecido sea aproximadamente la mitad de la del uranio natural. El uranio natural tiene una concentración de "equilibrio" de 234 U, el punto en el que se producirá un número igual de desintegraciones de 238 U y 234 U.
Tanto el uranio-234 como el uranio-232 son subproductos comunes en los reactores que transforman el torio-232 en uranio-233.