ウランの同位体

ウラン (U) は天然に存在する元素であるが、安定同位体を持たない。全てのウランは放射性であり放射性崩壊の過程にあるが、現在でも地殻中に大量に存在する。天然に存在する同位体はウラン234、ウラン235、ウラン238であり、平均の原子量は238.02891(3) u である。他の有用な同位体として、高速増殖炉で大量に生成するウラン232がある。

歴史的にはウランの同位体は以下の名称で知られていた。

ウラン II (uranium II), ²³⁴U
アクチノウラン (actino-uranium), ²³⁵U
ウラン I (uranium I), ²³⁸U

天然に存在するウランは3つの主要な同位体からなる。ウラン238 (99.28% 天然存在比)、ウラン235 (0.71%)、ウラン234 (0.0054%)である。同位体は3つとも放射性であり、娘核種もまた放射性同位体である。もっとも安定なウラン238では半減期 4.51×10⁹ 年（地球の年齢に近い）であり、ウラン235は7.13×10⁸ 年、ウラン234は2.48×10⁵ 年である^[1]。

ウラン238はアルファ崩壊し、ウラン系列の18回の崩壊を通して最終的に鉛206を生成する^[2]。これらの種の崩壊定数および親核種と娘核種の比率を用いて放射年代測定を行うことができる。

ウラン233はトリウム232への中性子照射によって作られる。

ウラン235は原子炉と核兵器の両方で重要である。ウラン235は天然に利用可能な量が存在する唯一の核分裂性物質である^[2]。ウラン238は中性子を捕獲しさらに崩壊することでプルトニウム239を生成する。プルトニウム239も核分裂性物質であるため、ウラン238も原子炉において重要である。

ウラン234の半減期は痕跡量しか存在しないウラン236の約1/100だが、ウラン系列の崩壊生成物として、わずかながら地球上にも天然放射性同位体として存在する。

一覧

同位体核種	Z(p)	N(n)	同位体質量 (u)	半減期	核スピン	天然存在比 (モル分率)	天然存在比の範囲 (モル分率)
同位体核種	励起エネルギー			半減期	核スピン	天然存在比 (モル分率)	天然存在比の範囲 (モル分率)
²¹⁷U	92	125	217.02437(9)	26(14) ms [16(+21-6) ms]	1/2-#
²¹⁸U	92	126	218.02354(3)	6(5) ms	0+
²¹⁹U	92	127	219.02492(6)	55(25) µs [42(+34-13) µs]	9/2+#
²²⁰U	92	128	220.02472(22)#	60# ns	0+
²²¹U	92	129	221.02640(11)#	700# ns	9/2+#
²²²U	92	130	222.02609(11)#	1.4(7) µs [1.0(+10-4) µs]	0+
²²³U	92	131	223.02774(8)	21(8) µs [18(+10-5) µs]	7/2+#
²²⁴U	92	132	224.027605(27)	940(270) µs	0+
²²⁵U	92	133	225.02939#	61(4) ms	(5/2+)#
²²⁶U	92	134	226.029339(14)	269(6) ms	0+
²²⁷U	92	135	227.031156(18)	1.1(1) min	(3/2+)
²²⁸U	92	136	228.031374(16)	9.1(2) min	0+
²²⁹U	92	137	229.033506(6)	58(3) min	(3/2+)
²³⁰U	92	138	230.033940(5)	20.8 d	0+
²³¹U	92	139	231.036294(3)	4.2(1) d	(5/2)(+#)
²³²U	92	140	232.0371562(24)	68.9(4) y	0+
²³³U	92	141	233.0396352(29)	1.592(2)×10⁵ y	5/2+
²³⁴U	92	142	234.0409521(20)	2.455(6)×10⁵ y	0+	[0.000054(5)]	0.000050-0.000059
^234mU	1421.32(10) keV			33.5(20) µs	6-
²³⁵U	92	143	235.0439299(20)	7.04(1)×10⁸ y	7/2-	[0.007204(6)]	0.007198-0.007207
^235mU	0.0765(4) keV			~26 min	1/2+
²³⁶U	92	144	236.045568(2)	2.342(3)×10⁷ y	0+
^236m1U	1052.89(19) keV			100(4) ns	(4)-
^236m2U	2750(10) keV			120(2) ns	(0+)
²³⁷U	92	145	237.0487302(20)	6.75(1) d	1/2+
²³⁸U	92	146	238.0507882(20)	4.468(3)×10⁹ y	0+	[0.992742(10)]	0.992739-0.992752
^238mU	2557.9(5) keV			280(6) ns	0+
²³⁹U	92	147	239.0542933(21)	23.45(2) min	5/2+
^239m1U	20(20)# keV			>250 ns	(5/2+)
^239m2U	133.7990(10) keV			780(40) ns	1/2+
²⁴⁰U	92	148	240.056592(6)	14.1(1) h	0+
²⁴¹U	92	149	241.06033(32)#	5# min	7/2+#
²⁴²U	92	150	242.06293(22)#	16.8(5) min	0+

注

同位体比は市販のサンプルの多くに適用できるが一部には存在比が異なるものもある。
同位体存在比と原子量は変動するので値の正確さには限界がある。与えられている範囲は全ての標準的な地球上の物質に適用できる。
地質学的に例外的なサンプルは同位体存在比が上記の範囲の外にあることが知られている。原子量の不確かさはそのような標本のために上記の値を超える可能性がある。
市販の物質については同位体比が不開示であったり、故意でなく同位体比が変わっている場合があり、標準の原子量や存在比から有意に外れている場合がある。
#をつけた値は純粋に実験値から得られたデータではなく、少なくとも一部は系統的傾向からの計算値を含んでいる。根拠の弱い核スピンについてはかっこで括っている。
数字の最後のかっこ書きはその数字の不確かさを表す。不確かさの値は同位体の存在比と標準原子量についてはIUPACの公表する拡張不確かさを、それ以外については標準偏差を記載している。

出典

^ Seaborg, Encyclopedia of the Chemical Elements (1968), page 777
^ ^a ^b The decay series of uranium-235 (also called actino-uranium) has 15 members that ends in lead-207, protactinium-231 and actinium-227.

Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005).
Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.