Радиохимия
Ушаков С.И. (Институт физической химии Российской академии наук)
ДЕЛЕНИЕ ВЫСОКООБОГАЩЕННОГО УРАНА МИЛЛИАРДЫ ЛЕТ НАЗАД КАК ПРИЧИНА РАСПРОСТРАНЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ 34-63
235
Ядра и под действием нейтронов, гамма-квантов делятся на два осколка, которые со временем по радиоактивным цепочкам превращаются в стабильные элементы с порядковыми номерами Ъ = 34-63. Зависимость от Ъ выходов элементов 34-63 при делении 235И нейтронами имеет два максимума и седловину. Такой же вид имеет зависимость от Ъ распространенности элементов 34-63. Поэтому предположено, что в прошлом, когда уран был сильно обогащен изотопом 235и, происходило деление урана, накопившегося в результате нуклеосинтеза.
Уран является в периодической системе Д.М. Менделеева элементом с порядковым номером Ъ = 92. Природный уран состоит из трех изотопов с массовыми числами А = 238, 235, 234, периоды полураспада которых (Т1/2) и содержания в уране следующие [I]:
238И, 4,47-109 лет, 99,270325%
235И, 7,04-108 лет, 235И = 238И/137,04 = 0,724489%
234И, 2,38-105 лет, 234И = 235И/137,04 = 0,005286%
где 1/137,04 - значение константы электромагнитного взаимодействия.
235
Под действием нейтронов, гамма-квантов ядра И делятся на два ядра с Ъ = 30-68 и А = 72-166. Подавляющее большинство первичных осколков радиоактивны. Распадаясь, они образуют цепочки из двух-шести радиоактивных изотопов. Цепочки заканчиваются стабильными изотопами в основном элементов 34-63. В таблице I приведена зависимость от Ъ массовых выходов элементов 34-63 при делении 235И нейтронами. Элементы 43 и 61 не имеют стабильных изотопов. Выход элемента находили суммированием выходов всех его стабильных изотопов [2]. Например, для ксенона выход находили следующим образом:
Хе-124, содержание в ксеноне 0,10%, выход при делении ноль %
Хе-126 0,09 ноль
Хе-128 1,91 1,1-Ю"6
Хе-129 26,40 0,768
Хе-130 4,10 6,6-10"5
Хе-131 21,20 2,88
Хе-132 26,90 4,30
Хе-134 10,40 7,81
Хе-136 8,90 6,28
Сумма: 100,00 22,038
Можно заметить, что содержания изотопов в ксеноне удовлетворительно следуют выходам изотопов при делении урана.
Из таблицы 1 следует, что зависимость выходов элементов при делении урана имеет два максимума и седловину. Первый максимум образован элементами 36-44 с суммарным выходом 91,2%, второй - элементами 54-62 с выходом 96,3%, седловина - элементами 45-53 с выходом 7,22%.
Таблица 1
Выходы стабильных элементов 34-63 при делении урана нейтронами [2] и распространенность этих элементов в земной коре [3]. 5,0-6 означает 5,0*10-6
Элемент Выход, масс. % Распространенность, масс %
литосфера граниты
34 селен 0,49 5,0-6 1,4-5
35 бром 0,24 2,1-4 2,2-4
36 криптон 3,82 - -
37 рубидий 3,86 1,5-2 1,8-2
38 стронций 5,6 3,4-2 2,3-2
39 иттрий 5,0 2,9-3 3,6-3
40 цирконий 31,0 1,7-2 1,7-2
41 ниобий 6,4 2,0-3 2,0-3
42 молибден 24,4 1,1-4 1,3-4
43 технеций - - -
44 рутений 11,1 1,0-4 -
45 родий 3,04 1,0-5 -
46 палладий 1,47 1,3-6 1,0-7
47 серебро 0,175 7,0-6 4,8-6
48 кадмий 0,1 1,3-5 1,5-5
49 индий 0,0107 2,5-5 2,5-5
50 олово 0,0741 2,5-4 2,7-4
51 сурьма 0,0294 5,0-5 2,0-5
52 теллур 2,2 1,0-7 1,0-7
53 йод 0,125 4,0-5 5,0-5
54 ксенон 22,04 - -
55 цезий 6,7 3,7-4 3,8-4
56 барий 19,54 6,5-2 6,8-2
57 лантан 6,39 2,9-3 4,6-3
58 церий 12,2 7,0-3 8,3-3
59 празеодим 5,84 9,0-4 7,9-4
60 неодим 20,6 3,7-3 3,3-3
61 прометий - - -
62 самарий 3,65 8,0-4 9,0-4
63 европий 0,577 1,3-4 1,4-4
Сумма: 196,64 0,151 0,151
92 уран - 2,5-4 2,6-4
92 уран-235 - 1,8-6 1,9-6
В таблице 1 приведена также зависимость от Ъ массовой распространенности элементов 34-63 [3]. Зависимость также имеет два максимума и седловину в тех же интервалах Ъ.
Таблица 2
Изотопный состав урана в прошлом, без учета 234и
1 млрд лет назад Ехр (0,6931/Т1/2) Содержание, %
238и 235и 238и 235и
0-настоящее время 1,00 1,00 99,27 0,72
2-природный ядерный реактор Окло [4] 1,36 7,16 96,3 3,7
4,7-образование солнечной системы 2,07 102 73,54 26,46
5-Сверхновая в окрестностях солнечной системы 2,17 137 68,4 31,6
9-содержание 235И больше 90% 4,04 7040 7,28 92,72
12-появились источники урана -Сверхновые 6,43 135000 0,65 99,35
13-Большой Взрыв (возраст Вселенной) - - - -
Например, для литосферы в первом максимуме распространенность элементов составляет 0,071%, во втором - 0,08%, в седловине - 0,0004%. Поэтому можно предположить, что миллиарды лет назад, когда уран был сильно обогащен делящимся 235и, создавались условия, которые приводили или к мгновенному делению урана (ядерный взрыв, череда взрывов) или к постепенному делению (ядерный реактор). В прошлом изотопный состав урана был другим (таблица 2), и чем дальше от настоящего времени, тем содержание 235и в уране увеличивается, достигая 92-99% 9-12 млрд лет назад. Экспонента в таблице 2 показывает, во сколько раз количества изотопов урана в прошлом превышали нынешние количества. При высоком обогащении, выполнении условий критической массы и критического объема любой блуждающий нейтрон или нейтрон, образующийся при спонтанном делении урана, вызовет мгновенную цепную реакцию деления. Рассмотренный вариант относится к образованию урана солнечной системы во взрывах первых Сверхновых звезд, то есть самых старых, если отсчитывать от настоящего времени. Но уран мог быть занесен в окрестности будущей солнечной системы после взрывов более молодых Сверхновых. Например, если звезда взорвалась 5 млрд лет назад и при этом произошел синтез урана, уран попал в окрестности солнечной системы, то его обогащение по 235и составляло 31,6%. В этом случае могло происходить только постепенное деление урана при наличии замедлителя нейтронов из вещества, содержащего водород, бериллий, углерод [4]. В обеих вариантах выгоревший уран превратился по радиоактивным цепочкам в стабильные элементы 34-63. Невыгоревший уран в настоящее
238 235
время на 99% состоит из и, так как и практически распался.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ушаков С.И. Изотопный состав природного урана и константа электромагнитного взаимодействия. Актуальные проблемы современной науки, 2006, № 4, с. 139-140.
2. Колобашкин В.М. и др. Радиационные характеристики облученного ядерного топлива. М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 26-43.
3. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1979, с. 29, 31.
4. Круглов А.К. и др. Природный ядерный реактор в Окло, Габон. Атомная энергия, 1976, 41, 1, с. 3-9.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.