ウラン236(236UまたはU -236)は、熱中性子による核分裂を起こさず、また優れた増殖物質でもないウランの同位体であり、一般的に厄介で長寿命の放射性廃棄物とみなされている。使用済み核燃料および使用済み核燃料から再処理されたウラン中に存在する。
核分裂性同位体 ウラン235は、ほとんどの原子炉の燃料です。235Uが熱中性子を吸収すると、2つのプロセスのいずれかが起こります。約85.5%の確率で核分裂が起こり、約14.5%の確率で核分裂は起こらず、代わりにガンマ線を放出して236Uを生成します。 [ 5 ] [ 6 ]したがって、 235U +n反応あたりの236Uの収率は約14.5%であり、核分裂生成物の収率は約85.5%です。それに比べて、セシウム137、ストロンチウム90、テクネチウム99などの最も豊富な個々の核分裂生成物の収率は6~7%であり、中寿命(10年以上)および長寿命の核分裂生成物の合計収率は約32%、または中性子捕獲によって一部が核変換されるため数パーセント少なくなります。
2番目に多く使用されている核分裂性同位体であるプルトニウム239は、熱中性子を吸収すると核分裂を起こす場合と起こさない場合があり、後者の場合は原子炉級プルトニウム(もともと濃縮天然ウランで作られ、その後軽水炉で一度使用された使用済み燃料からリサイクルされたプルトニウム)の主要成分であるプルトニウム240を生成します。240Puは半減期6561年で236Uに崩壊します。閉鎖型核燃料サイクルでは、ほとんどの240Puは崩壊する前に(おそらく複数の中性子捕獲後に)核分裂を起こしますが、核廃棄物として廃棄された240Puは何千年もかけて崩壊します。240Puは239Puよりも半減期が短いため、主にこれら2つの同位体で構成されるプルトニウムのサンプルの品位は徐々に上昇し、サンプル中のプルトニウムの総量は数世紀から数千年かけて徐々に減少します。240Puのアルファ崩壊によりウラン236が生成され、239Puはウラン235に崩壊する。
ウラン236の大部分は原子力発電所の原子炉で中性子捕獲によって生成されていますが、そのほとんどすべてが原子炉や廃棄物貯蔵施設に保管されており、環境中に放出されていません。環境への最も重要な寄与は、熱核兵器の高速中性子による238U (n,3n) 236U反応です。 1940年代、1950年代、1960年代の核実験(大気圏核実験は1963年に終了)により、環境中の存在量は予想される自然レベルを大幅に上回っています。[ 12 ]
236Uは熱中性子を吸収しても核分裂せず、237Uとなり、すぐにベータ崩壊して237Npになります。しかし、236Uの中性子捕獲断面積は小さいため、このプロセスは熱中性子炉内ではすぐには起こりません。使用済み核燃料には通常、約0.4%の236Uが含まれています。断面積がはるかに大きい237Npは、最終的に別の中性子を吸収して238Npになり、すぐにベータ崩壊してプルトニウム238(別の核分裂性同位体)になります。
ウラン236やその他のほとんどのアクチニド同位体は、原子爆弾や高速中性子炉内の高速中性子によって核分裂を起こす。少数の高速炉は数十年にわたり研究用途で使用されてきたが、発電のための広範な利用はまだ先の話である。
ウラン236アルファは、半減期2342万年でトリウム232に崩壊する。これは、核燃料サイクルで生成される他のどの人工アクチニドや核分裂生成物よりも長寿命である。(半減期8130万年のプルトニウム244は、核燃料サイクルでは大量には生成されず、より長寿命のウラン235、ウラン238、トリウム232は自然界に存在する。)
プルトニウム、マイナーアクチニド、核分裂生成物、放射化生成物とは異なり、化学プロセスではウラン236をウラン238、ウラン235、ウラン232 、その他のウラン同位体から分離することはできません。同位体分離によって除去することも困難です。なぜなら、低濃縮では、望ましいウラン235とウラン233だけでなく、望ましくないウラン236、ウラン234、ウラン232も濃縮されてしまうからです。一方、環境中のウラン236はウラン238から分離して個別に濃縮することはできないため、特定の場所における放射線被ばくのリスクは限定されます。
ウラン238の半減期はウラン236の半減期の約190倍であるため、ウラン236の比放射能は約190倍になります。したがって、ウラン236を0.5%含む再処理ウランでは、ウラン236とウラン238はほぼ同じレベルの放射能を放出します。(ウラン235の寄与はわずか数パーセントです。)
それぞれの崩壊生成物を含めると、その比率は 190 未満になります。ウラン 238からウラン 234、そして最終的には鉛206への崩壊系列では、 238 Uの半減期に比べて短い時間 (数十万年) で8 個のアルファ粒子が放出されます。そのため、崩壊生成物と平衡状態にある238 U のサンプル (天然ウラン鉱石など) は、 238 U 単独の場合の 8 倍のアルファ放射能を持ちます。ウラン崩壊生成物が除去された精製天然ウランでさえ、平衡量の234 U を含み、したがって純粋な238 Uの約 2 倍のアルファ放射能を持ちます。235 U 含有量を増やす濃縮を行うと、234 Uはさらに大きく増加し、この234 U の約半分が使用済み燃料中に残ります。一方、ウラン236はトリウム232に崩壊しますが、トリウム232の半減期は140億年と、ウラン236自身の半減期よりもはるかに長いため、長い時間スケールでも崩壊系列は実質的に1段階で停止します。また、アルファ崩壊であるという事実から、外部被ばくの危険性は天然同位体と比較して無視できるほど小さいと言えます。
運動エネルギー貫通弾に使用される劣化ウランは、再処理ウランではなく、原子炉で照射されたことのないウラン濃縮残渣から作られるはずである。したがって、検出可能な量のウラン236は含まれていないはずである。しかし、一部の劣化ウランからウラン236が検出されたという報告がある。[ 13 ]