Lompat ke isi

Uranium-238

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Uranium-238,238U
sampel 10 gram
Umum
Simbol238U
Namauranium-238, U-238
Proton(Z)92
Neutron(N)146
Data nuklida
Kelimpahan alam99,2745%
Waktu paruh(t1/2)4,468×109tahun
Isotop induk242Pu(α)
238Pa(β)
Produk peluruhan234Th
Massa isotop238,05078826u
Spin0
Mode peluruhan
Mode peluruhanEnergi peluruhan(MeV)
Peluruhan alfa4,267
Isotop uranium
Tabel nuklida lengkap

Uranium-238(238UatauU-238) adalah sebuahisotopuraniumyang paling banyak ditemukan di alam, dengan kelimpahan relatif 99%. Tidak sepertiuranium-235,ia bersifat non-fisil, yang berarti tidak dapat mempertahankanreaksi nuklir berantaidalamreaktor termal-neutron.Namun, iadapat difisiasiolehneutron cepat,dansubur,berarti ia dapatditransmutasikanmenjadiplutonium-239.238U tidak dapat mendukung reaksi berantai karenahamburan inelastismengurangienergi neutrondi bawah kisaran di manafisi cepatdari satu atau lebih inti generasi berikutnya dimungkinkan.Perluasan Dopplerdariresonansipenyerapan neutron238U meningkatkan penyerapan seiring dengan kenaikan suhu bahan bakar, juga merupakan mekanismeumpan balik negatifyang penting untuk kontrol reaktor.

Sekitar 99,284% massauranium alammerupakan uranium-238, yang memiliki waktu paruh 1,41×1017detik(4,468×109tahun, atau 4,468 miliar tahun).[1] Karena kelimpahan alami dan waktu paruh relatif terhadapunsur radioaktiflainnya,238U menghasilkan ~40% of dari panas radioaktif yang dihasilkan di dalam Bumi.[2]Deret peluruhan238U menyumbang 6elektron anti-neutrinoper inti238U (1 perpeluruhan beta), menghasilkan sinyalgeoneutrinobesar yang dapat dideteksi saat peluruhan terjadi di dalam Bumi.[3]Peluruhan238U menjadi isotop anak sering digunakan dalampenanggalan radiometrik,terutama untuk bahan yang lebih tua dari ~ 1 juta tahun.

Uranium terdeplesimemiliki konsentrasi yang lebih tinggi dari isotop238U, dan bahkanuranium yang diperkaya rendah(low-enriched uranium,LEU), walaupun memiliki proporsi yang lebih tinggi dari isotopuranium-235(dibandingkan dengan uranium yang terdeplesi), sebagian besar masih merupakan238U.Uranium yang diproses ulangjuga terutama terdiri dari238U, dengan uranium-235 sebanyak uranium alami, proporsiuranium-236yang sebanding, dan jumlahisotop uraniumlain yang jauh lebih kecil sepertiuranium-234,uranium-233,danuranium-232.[4]

Aplikasi energi nuklir

[sunting|sunting sumber]

Dalamreaktor nuklirfisi, uranium-238 dapat digunakan untuk menghasilkanplutonium-239,yang dengan sendirinya dapat digunakan dalamsenjata nukliratau sebagai pasokan bahan bakar reaktor nuklir. Dalam tipikal reaktor nuklir, hingga sepertiga dari daya yang dihasilkan berasal dari fisi239Pu, yang tidak disuplai sebagai bahan bakar ke reaktor, melainkandihasilkandari238U.[5]Sejumlah produksi239Pudari238Utidak dapat dihindari dimanapun ia terkenaradiasi neutron,namun, tergantung pada pembakaran dansuhu neutron,bagian yang berbeda dari239Pupada gilirannya dikonversi ke240Pu,yang menentukan "jenis" plutonium yang diproduksi darijenis senjatahinggajenis reaktorhingga plutonium yang sangat tinggi pada240Pu(biasanya menggunakanbahan bakar MOX"daur ulang" yang masuk ke dalam reaktor yang mengandung Plutonium dalam jumlah yang signifikan) sehingga tidak dapat digunakan dalam reaktor saat ini yang beroperasi dengan spektrum neutron termal.

Reaktor pembiak

[sunting|sunting sumber]

238U dapat menghasilkan energi melaluifisi "cepat".Dalam proses ini, neutron yang memilikienergi kinetiklebih dari 1MeVdapat menyebabkan inti238U terbelah menjadi dua. Tergantung pada desainnya, proses ini dapat menyumbang sekitar satu hingga sepuluh persen dari semua reaksi fisi dalam reaktor, tetapi terlalu sedikit dari rata-rata 2,5 neutron[6]yang dihasilkan di setiap fisi memiliki kecepatan yang cukup untuk melanjutkan reaksi berantai.

238U dapat digunakan sebagai bahan sumber untuk membuat plutonium-239, yang pada gilirannya dapat digunakan sebagai bahan bakar nuklir.Reaktor pembiakmelakukan proses transmutasi untuk mengubah isotopsubur238U menjadi239Pu yang fisil. Diperkirakan238U dapat digunakan dalampembangkit listrikselama 10.000 hingga lima miliar tahun.[7]Teknologi pembiak telah digunakan di beberapa eksperimen reaktor nuklir.[8]

Pada Desember 2005, satu-satunya reaktor pembiak yang menghasilkan daya adalahreaktor BN-600600 megawatt diPembangkit Listrik Tenaga Nuklir Beloyarskdi Rusia. Rusia kemudian membangun unit lain,BN-800,di Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Beloyarsk yang mulai beroperasi penuh pada November 2016. Juga, reaktor pembiakMonjuJepang,yang sebagian besar tidak beroperasi sejak pertama kali dibangun pada 1986, diperintahkan untuk di-decommissioningpada tahun 2016, setelah bahaya keselamatan dan desain terungkap, dengan tanggal penyelesaian ditetapkan pada tahun 2047. Baik China maupun India telah mengumumkan rencana mereka untuk membangun reaktor pembiak nuklir.[butuh rujukan]

Reaktor pembiak, seperti namanya, menciptakan jumlah yang lebih besar dari239Pu atau233U daripada reaktor nuklir fisi.[butuh rujukan]

Reaktor Canggih yang Bersih dan Aman Lingkungan(CAESAR), sebuah konsep reaktor nuklir yang akan menggunakan uap sebagai moderator untuk mengendalikanneutron tertunda,berpotensi dapat menggunakan238U sebagai bahan bakar setelah reaktor dimulai dengan bahan bakar uranium yang diperkaya rendah (LEU). Desain ini masih dalam tahap awal pengembangan.[butuh rujukan]

Reaktor CANDU

[sunting|sunting sumber]

Uranium alam, dengan 0,7%235U dapat digunakan sebagaibahan bakar nuklirdalam reaktor yang dirancang khusus untuk menggunakan uranium alam, sepertireaktor CANDU.Dengan memanfaatkan uranium yang tidak diperkaya, desain reaktor semacam itu memberikan negara akses ke tenaga nuklir untuk tujuan produksi listrik tanpa memerlukan pengembangan kemampuan pengayaan bahan bakar, yang sering dilihat awam sebagai awal dari produksi senjata.

Perlindungan radiasi

[sunting|sunting sumber]

238U juga digunakan sebagaiperisai radiasiradiasi alfanyamudah dihentikan oleh selubung perisai non-radioaktifdanberat atomuranium yang tinggi serta jumlahelektronyang tinggi sangat efektif dalam menyerapsinar gamadansinar-X.Ini tidak seefektif air biasa untuk menghentikan neutron cepat.Uranium terdeplesimetalikuranium dioksidaterdeplesi digunakan untuk perisai radiasi. Uranium sekitar lima kali lebih baik sebagai perisai sinar gama daripadatimbal,jadi perisai dengan efektivitas yang sama dapat dikemas ke dalam lapisan yang lebih tipis.[butuh rujukan]

DUCRETE,beton yang dibuat denganagregaturanium dioksida sebagai pengganti kerikil, sedang diselidiki sebagai bahan untuksistem penyimpanan tong keringuntuk menyimpanlimbah radioaktif.[butuh rujukan]

Downblending

[sunting|sunting sumber]

Kebalikan dari memperkaya (enriching) adalahdownblending.Surplus uranium yang diperkaya tinggi dapat diturunkan dengan uranium terdeplesi atau uranium alami untuk mengubahnya menjadi uranium yang diperkaya rendah yang cocok digunakan dalam bahan bakar nuklir komersial.

238U dari uranium terdeplesi dan uranium alam juga digunakan dengan239Pu daur ulang dari stok senjata nuklir untuk membuatbahan bakar oksida campuran(MOX), yang kini dialihkan menjadi bahan bakar reaktor nuklir. Pengenceran ini, juga disebutdownblending,berarti bahwa setiap negara atau kelompok yang memperoleh bahan bakar jadi harus mengulangiproses pemisahanuranium dan plutonium secara kimia yang sangat mahal dan rumit sebelum merakit senjata.[butuh rujukan]

Senjata nuklir

[sunting|sunting sumber]

Sebagian besarsenjata nuklirmodern menggunakan238U sebagai bahan "tamper"(lihatdesain senjata nuklir). Sebuahtamperyang mengelilingi inti fisil bekerja untukmemantulkan neutrondan menambahkaninersiapada kompresi muatan239Pu. Dengan demikian, ini meningkatkan efisiensi senjata dan mengurangimassa kritisyang dibutuhkan. Dalam kasussenjata termonuklir,238U dapat digunakan untuk membungkus bahan bakar fusi, fluks tinggineutronyang sangat energik dari reaksifusimenyebabkan inti238U terbelah dan menambahkan lebih banyak energi ke "hasil" senjata. Senjata semacam ini disebut sebagai senjatafisi-fusi-fisisetelah urutan di mana setiap reaksi terjadi. Contoh senjata semacam ini adalahCastle Bravo.

Porsi yang lebih besar dari hasil ledakan total dalam desain ini berasal dari tahap fisi akhir yang dipicu oleh238U, menghasilkan sejumlah besarproduk fisiradioaktif. Misalnya, diperkirakan 77% dari hasil 10,4megatondari uji termonuklirIvy Mikepada tahun 1952 berasal dari fisi cepat daritamperuranium terdeplesi. Karena uranium terdeplesi tidak memiliki massa kritis, ia dapat ditambahkan ke bom termonuklir dalam jumlah yang hampir tidak terbatas. Uji cobaTsar Bombayang dilakukan olehUni Sovietpada tahun 1961 menghasilkan "hanya" 50 megaton daya ledak, lebih dari 90% di antaranya berasal dari fisi yang disebabkan oleh neutron yang disuplai fusi, karena tahap akhir238U telah diganti dengan timbal. Seandainya238U digunakan sebagai gantinya, hasil Tsar Bomba bisa saja jauh di atas 100 megaton, dan itu akan menghasilkanluruhan nukliryang setara dengan sepertiga dari total global yang telah diproduksi hingga saat itu.

Deret radium (atau deret uranium)

[sunting|sunting sumber]

Rantai peluruhandari238U biasanya disebut "deret radium"(kadang-kadang" deret uranium "). Dimulai dengan uranium-238 yang terjadi secara alami, deret ini mencakup unsur-unsur berikut:astatin,bismut,timbal,polonium,protaktinium,radium,radon,talium,dantorium.Semuaproduk peluruhanada untuk saat ini, setidaknya untuk sementara, dalam sampel yang mengandung uranium, baik logam, senyawa, atau mineral. Peluruhan berlangsung sebagai:

Nuklida induk Nama historis (pendek)[9] Nama historis (panjang) Massa atom[RS 1] Mode peluruhan[RS 2] Peluang cabang[RS 2] Waktu paruh[RS 2] Energi yang dilepaskan, MeV[RS 2] Nuklida anak[RS 2] Subtotal, MeV
238U UI Uranium I 238,051 α 100 % 4,468×109a 4,26975 234Th 4,2698
234Th UX1 Uranium X1 234,044 β 100 % 24,10hri 0,273088 234mPa 4,5428
234mPa UX2,Bv Uranium X2,Brevium 234,043 IT 0,16 % 1,159mnt 0,07392 234Pa 4,6168
234mPa UX2,Bv Uranium X2,Brevium 234,043 β 99,84 % 1,159 mnt 2,268205 234U 6,8110
234Pa UZ Uranium Z 234,043 β 100 % 6,70jam 2,94285 234U 6,8110
234U UII Uranium II 234,041 α 100 % 2.455×105a 4,8598 230Th 11,6708
230Th Io Ionium 230,033 α 100 % 7,54×104a 4,76975 226Ra 16,4406
226Ra Ra Radium 226,025 α 100 % 1600 a 4,87062 222Rn 21,3112
222Rn Rn Radon, Radium Emanation 222,018 α 100 % 3,8235 hri 5,59031 218Po 26,9015
218Po RaA Radium A 218,009 β 0,020 % 3,098 mnt 0,259913 218At 27,1614
218Po RaA Radium A 218,009 α 99,980 % 3,098 mnt 6,11468 214Pb 33,0162
218At 218,009 β 0,1 % 1,5dtk 2,881314 218Rn 30,0428
218At 218,009 α 99,9 % 1,5 dtk 6,874 214Bi 34,0354
218Rn 218,006 α 100 % 35mdtk 7,26254 214Po 37,3053
214Pb RaB Radium B 214,000 β 100 % 26,8 mnt 1,019237 214Bi 34,0354
214Bi RaC Radium C 213,999 β 99,979 % 19,9 mnt 3,269857 214Po 37,3053
214Bi RaC Radium C 213,999 α 0,021 % 19,9 min 5,62119 210Tl 39,6566
214Po RaCI Radium CI 213,995 α 100 % 164,3μdtk 7,83346 210Pb 45,1388
210Tl RaCII Radium CII 209,990 β 100 % 1,30 mnt 5,48213 210Pb 45,1388
210Pb RaD Radium D 209,984 β 100 % 22,20 a 0,063487 210Bi 45,2022
210Pb RaD Radium D 209,984 α 1,9×106% 22,20 a 3,7923 206Hg 48,9311
210Bi RaE Radium E 209,984 β 100 % 5,012 hri 1,161234 210Po 46,3635
210Bi RaE Radium E 209,984 α 1,33×105% 5,012 hri 5,03647 206Tl 50,2387
210Po RaF Radium F 209,983 α 100 % 138,376 hri 5,40745 206Pb 51,7709
206Hg 205,978 β 100 % 8,32 mnt 1,307649 206Tl 50,2387
206Tl RaEII Radium EII 205,976 β 100 % 4,202 mnt 1,532221 206Pb 51,7709
206Pb RaG Radium G 205,974 stabil 51,7709

Rata-rata masa hidupdari238U adalah 1,41×1017detik dibagi 0,693 (atau dikalikan 1,443), yaitu sekitar 2×1017detik, jadi 1mol238U memancarkan 3×106partikel alfa per detik, menghasilkan jumlahatomtorium-234 yang sama. Dalam sistem tertutup, kesetimbangan akan tercapai, dengan semua jumlah kecuali timbal-206 dan238U dalam rasio tetap, dalam jumlah yang perlahan-lahan menurun. Jumlah206Pb akan meningkat, sedangkan238U berkurang; semua langkah dalam rantai peluruhan memiliki laju yang sama yaitu 3×106partikel meluruh per detik per mol238U.

Torium-234 memiliki masa hidup rata-rata 3×106detik, jadi ada kesetimbangan jika satu mol238U mengandung 9×1012atom torium-234, yaitu 1,5×10−11mol (perbandingan dua waktu paruh). Demikian pula, dalam kesetimbangan dalam sistem tertutup, jumlah setiap produk peluruhan, kecuali produk akhir, timbal, sebanding dengan waktu paruhnya.

Walaupun238U sedikit radioaktif, produk peluruhannya, torium-234 and protaktinium-234, adalah pemancarpartikel betadenganwaktu paruhmasing-masing sekitar 20 hari dan satu menit. Protaktinium-234 meluruh menjadi uranium-234, yang memiliki waktu paruh ratusan ribu tahun, danisotopini tidak mencapai konsentrasi kesetimbangan untuk waktu yang sangat lama. Ketika dua isotop pertama dalam rantai peluruhan mencapai konsentrasi kesetimbangan yang relatif kecil, sampel238U yang awalnya murni akan memancarkan tiga kali radiasi karena238U itu sendiri, dan sebagian besar radiasi ini adalah partikel beta.

Seperti yang telah disinggung di atas, ketika memulai dengan238U murni, dalam skala waktu manusia, kesetimbangan hanya berlaku untuk tiga langkah pertama dalam rantai peluruhan. Jadi, untuk satu mol238U, 3×106kali per detik satu partikel alfa dan dua partikel beta serta sinar gama dihasilkan, bersama-sama sebesar 6,7 MeV, dengan laju 3 µW. Diekstrapolasi selama 2×1017detik, ini adalah 600gigajoule,energi total yang dilepaskan dalam tiga langkah pertama dalam rantai peluruhan.

Penanggalan radioaktif

[sunting|sunting sumber]

Kelimpahan238U dan peluruhannya menjadi isotop anak terdiri dari beberapa teknik "penanggalan uranium" dan merupakan salah satu isotop radioaktif paling umum yang digunakan dalampenanggalan radiometrik.Metode penanggalan yang paling umum adalahpenanggalan uranium–timbal,yang digunakan untuk penanggalan batuan yang berusia lebih dari 1 juta tahun dan telah memberikan usia untuk batuan tertua di Bumi pada usia 4,4 miliar tahun.[10]

Hubungan antara238U dan234U memberikan indikasi umursedimendan air laut antara 100.000 tahun sampai 1,2 juta tahun.[11]

Produk anak238U,206Pb, merupakan bagian integral daripenanggalan timbal–timbal,yang paling terkenal untuk penentuanusia Bumi.[12]

Pesawat ruang angkasa dariprogram Voyagermembawa sejumlah kecil238U yang awalnya murni di sampulpiringan emas merekauntuk memfasilitasi penanggalan dengan cara yang sama.[13]

Masalah kesehatan

[sunting|sunting sumber]

Uranium memancarkanpartikel alfamelalui prosespeluruhan alfa.Paparan eksternal memiliki efek terbatas. Paparan internal yang signifikan terhadap partikel kecil uranium atau produk peluruhannya, seperti torium-230, radium-226, dan radon-dapat menyebabkan efek kesehatan yang parah, sepertikanker tulangatauhati.

Uranium juga merupakan bahan kimia beracun, yang berarti bahwa konsumsi uranium dapat menyebabkan kerusakan ginjal dari sifat kimianya lebih cepat, daripada sifat radioaktifnya yang akan menyebabkan kanker tulang atau hati.[14][15]

  1. ^Mcclain, D. E.; Miller, A. C.; Kalinich, J. F. (20 Desember 2007)."Status of Health Concerns about Military Use of Depleted Uranium and Surrogate Metals in Armor-Penetrating Munitions"(PDF).NATO.Diarsipkan dariversi asli(PDF)tanggal 19 April 2011.Diakses tanggal17 Juni2022.
  2. ^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.
  3. ^Araki, T.; Enomoto, S.; Furuno, K.; Gando, Y.; Ichimura, K.; Ikeda, H.; Inoue, K.; Kishimoto, Y.; Koga, M. (2005). "Experimental investigation of geologically produced antineutrinos with KamLAND".Nature.436(7050): 499–503.Bibcode:2005Natur.436..499A.doi:10.1038/nature03980.PMID16049478.
  4. ^Nuclear France: Materials and sites."Uranium from reprocessing".Diarsipkan dariversi aslitanggal 19 Oktober 2007.Diakses tanggal17 Juni2022.
  5. ^"Plutonium - World Nuclear Association".
  6. ^"Physics of Uranium and Nuclear Energy".World Nuclear Association.Diakses tanggal17 Juni2022.
  7. ^Facts from CohenDiarsipkan10 April 2007 diWayback Machine.. Formal.stanford.edu (26 Januari 2007). Diakses tanggal 17 Juni 2022
  8. ^Advanced Nuclear Power Reactors | Generation III+ Nuclear ReactorsDiarsipkan2010-06-15 diWayback Machine.. World-nuclear.org. Diakses tanggal 17 Juni 2022.
  9. ^Thoennessen, M. (2016).The Discovery of Isotopes: A Complete Compilation.Springer. hlm. 19.doi:10.1007/978-3-319-31763-2.ISBN978-3-319-31761-8.LCCN2016935977.
  10. ^Valley, John W.; Reinhard, David A.; Cavosie, Aaron J.; Ushikubo, Takayuki; Lawrence, Daniel F.; Larson, David J.; Kelly, Thomas F.; Snoeyenbos, David R.; Strickland, Ariel (1 Juli 2015)."Nano- and micro-geochronology in Hadean and Archean zircons by atom-probe tomography and SIMS: New tools for old minerals"(PDF).American Mineralogist.100(7): 1355–1377.Bibcode:2015AmMin.100.1355V.doi:10.2138/am-2015-5134alt=Dapat diakses gratis.ISSN0003-004X.
  11. ^Henderson, Gideon M (2002). "Seawater (234U/238U) during the last 800 thousand years".Earth and Planetary Science Letters.199(1–2): 97–110.Bibcode:2002E&PSL.199...97H.doi:10.1016/S0012-821X(02)00556-3.
  12. ^Patterson, Claire (1 Oktober 1956). "Age of meteorites and the earth".Geochimica et Cosmochimica Acta.10(4): 230–237.Bibcode:1956GeCoA..10..230P.doi:10.1016/0016-7037(56)90036-9.
  13. ^"Voyager - Making of the Golden Record".voyager.jpl.nasa.gov(dalam bahasa Inggris).Diakses tanggal17 Juni2022.
  14. ^Radioisotope BriefCDC (Diakses tanggal 17 Juni 2022)
  15. ^Uranium Mining in Virginia: Scientific, Technical, Environmental, Human Health and Safety, and Regulatory Aspects of Uranium Mining and Processing in Virginia,Bab 5.Potential Human Health Effects of Uranium Mining, Processing, and Reclamation.National Academies Press (AS); 19 Desember 2011.

Pranala luar

[sunting|sunting sumber]


Lebih ringan:
uranium-237
Uranium-238 adalah
isotopuranium
Lebih berat:
uranium-239
Produk peluruhandari:
plutonium-242(α)
protaktinium-238(β-)
Rantai peluruhan
dari uranium-238
Meluruhmenjadi:
torium-234(α)