Uranium-233 dihasilkan oleh iradiasineutron dari torium-232. Ketika torium-232 menyerap neutron, ia menjadi torium-233, yang memiliki waktu paruh hanya 22menit. Torium-233 meluruh menjadi protaktinium-233 melalui peluruhan beta. Protaktinium-233 memiliki waktu paruh 27hari dan beta meluruh menjadi uranium-233; beberapa rancangan reaktor garam cair yang diusulkan untuk mencoba secara fisik mengisolasi protaktinium dari penangkapan neutron lebih lanjut sebelum peluruhan beta dapat terjadi, untuk mempertahankan ekonomi neutron (jika meleset dari jendela 233U, target fisil berikutnya adalah 235U, yang berarti total 4 neutron diperlukan untuk memicu pembelahan).
Pada tahun 1946, publik pertama kali mendapat informasi tentang uranium-233 yang dikembangkan dari thorium sebagai "sumber energi nuklir dan bom atom ketiga yang tersedia" (selain uranium-235 dan plutonium-239), mengikuti laporan PBB dan pidato oleh Glenn T. Seaborg.[3][4]
Uranium-233 telah digunakan sebagai bahan bakar di beberapa jenis reaktor yang berbeda, dan diusulkan sebagai bahan bakar untuk beberapa desain baru (lihat siklus bahan bakar torium), semuanya dibiakkan dari torium. Uranium-233 dapat dibiakkan baik dalam reaktor cepat maupun reaktor termal, tidak seperti siklus bahan bakar berbasis uranium-238 yang membutuhkan ekonomi neutron superior dari reaktor cepat untuk membiakkan plutonium, yaitu, untuk menghasilkan lebih banyak bahan fisil daripada yang dikonsumsi.
Strategi jangka panjang program tenaga nuklir India, yang memiliki cadangan torium yang besar, adalah beralih ke program nuklir yang membiakkan uranium-233 dari bahan baku torium.
Energi yang dilepaskan
Pembelahan satu atom uranium-233 menghasilkan 197,9 MeV = 3,171×10−11J(yaitu 19,09TJ/mol = 81,95 TJ/kg).[6]
Sumber
Rata-rata energi
yang dilepaskan (MeV)
Energi yang dilepaskan secara instan
Energi kinetik fragmen fisi
168,2
Energi kinetik neutron cepat
004,8
Energi yang dibawa oleh sinar-γ yang cepat
007,7
Energi dari produk fisi yang meluruh
Energy partikel-β−
005,2
Energi anti-neutrino
006,9
Energi sinar-γ yang tertunda
005,0
Jumlah(tidak termasuk anti-neutrino yang melarikan diri)
191,0
Energi yang dilepaskan ketika neutron cepat yang tidak menghasilkan (kembali) fisi ditangkap
009,1
Energi total yang diubah menjadi panas dalam reaktor nuklir termal yang beroperasi
200,1
Bahan senjata
Ledakan pertama bom nuklir yang mengandung U-233, pada 15 April 1955
Sebagai bahan senjata potensial, uranium-233 murni lebih mirip dengan plutonium-239 daripada uranium-235 dalam hal sumber (dibiakkan vs alami), waktu paruh, dan massa kritis (keduanya 4–5kg dalam bola yang dipantulkan berilium).[7]
Pada tahun 1994, pemerintah AS mendeklasifikasi memo tahun 1966 yang menyatakan bahwa uranium-233 telah terbukti sangat memuaskan sebagai bahan senjata, meskipun hanya unggul dari plutonium dalam keadaan yang langka. Dikatakan bahwa jika senjata yang ada didasarkan pada uranium-233 dan bukan plutonium-239, Livermore tidak akan tertarik untuk beralih ke plutonium.[8]
Kehadiran uranium-232[9] dapat memperumit pembuatan dan penggunaan uranium-233, meskipun memo Livermore menunjukkan kemungkinan bahwa komplikasi ini dapat diatasi.[8]
Meskipun demikian, dimungkinkan untuk menggunakan uranium-233 sebagai bahan fisil senjata nuklir, selain spekulasi,[10] ada sedikit informasi yang tersedia untuk umum tentang isotop ini yang sebenarnya telah dijadikan senjata:
Amerika Serikat meledakkan sebuah alat percobaan dalam tes Operasi Teapot "MET" 1955 yang menggunakan biji komposit plutonium/233U; desainnya didasarkan pada biji plutonium/235U dari TX-7E, sebuah prototipe desain bom nuklir Mark 7 yang digunakan dalam tes Operasi Buster-Jangle "Easy". Meskipun tidak langsung gagal, hasil aktual MET sebesar 22 kiloton cukup di bawah prediksi 33 kiloton sehingga informasi yang dikumpulkan nilainya terbatas.[11][12]
Pada tahun 1998, sebagai bagian dari tes Pokhran-II, India meledakkan perangkat eksperimental 233U dengan hasil rendah (kiloton) yang disebut Shakti V.[14][15]
Secara keseluruhan Amerika Serikat diperkirakan telah menghasilkan dua ton 233U dari berbagai tingkat kemurnian, beberapa dengan kandungan pengotor 232U serendah 6 ppm.[20]
Pengotor 232U
Produksi 233U (melalui penyinaran torium-232) selalu menghasilkan sejumlah kecil uranium-232 sebagai pengotor, karena reaksi parasit (n,2n) pada uranium-233 itu sendiri, atau pada protaktinium-233, atau pada torium-232:
Saluran lain melibatkan reaksi penangkapan neutron pada sejumlah kecil torium-230, yang merupakan sebagian kecil dari torium alami yang ada karena peluruhan uranium-238:
Rantai peluruhan232U dengan cepat menghasilkan pemancar radiasi gama yang kuat. Talium-208 adalah yang terkuat, pada 2,6 MeV:
232U (α, 68,9 thn)
228Th (α, 1,9 thn)
224Ra (α, 5,44 MeV, 3,6 hri, dengan γ 0,24 MeV)
220Rn (α, 6,29 MeV, 56 dtk, dengan γ 0,54 MeV)
216Po (α, 0,15 dtk)
212Pb (β−, 10,64 jam)
212Bi (α, 61 mnt, 0,78 MeV)
208Tl (β−, 1,8 MeV, 3 mnt, dengan γ 2,6 MeV)
208Pb (stabil)
Hal ini membuat penanganan manual dalam glovebox dengan hanya pelindung cahaya (seperti yang biasa dilakukan dengan plutonium) terlalu berbahaya, (kecuali mungkin dalam waktu singkat segera setelah pemisahan kimia uranium dari produk peluruhannya) dan sebagai gantinya memerlukan manipulator jarak jauh yang rumit untuk fabrikasi bahan bakar.
Bahayanya sangat signifikan bahkan pada 5 bagian per juta. Senjata nuklir ledakan membutuhkan tingkat 232U di bawah 50 ppm (di atas itu 233U dianggap "tingkat rendah"; "Plutonium jenis senjata standar membutuhkan kandungan 240Pu tidak lebih dari 6,5%." yaitu 65000 ppm, dan 238Pu yang serupa diproduksi di tingkat 0,5% (5000 ppm) atau kurang). Senjata fisi jenis bedil juga membutuhkan pengotor ringan tingkat rendah (kisaran 1 ppm), untuk menjaga generasi neutron tetap rendah.[9][21]
Produksi 233U yang "bersih", rendah 232U, memerlukan beberapa faktor: 1) memperoleh sumber 232Th yang relatif murni, rendah 230Th (yang juga berubah menjadi 232U), 2) memoderasi neutron yang datang agar memiliki energi yang tidak lebih tinggi dari 6 MeV (neutron berenergi terlalu tinggi menyebabkan reaksi 232Th (n,2n) → 231Th), dan 3) menghilangkan sampel torium dari fluks neutron sebelum konsentrasi 233U meningkat ke tingkat yang terlalu tinggi, untuk menghindari fisi 233U itu sendiri (yang akan menghasilkan neutron energik).[20][22]
Torium, awal di mana 233U dibiakkan, kira-kira tiga sampai empat kali lebih banyak di kerak bumi daripada uranium.[24][25]
Rantai peluruhan 233U sendiri merupakan bagian dari deret neptunium, rantai peluruhan dari nenek moyangnya, 237Np.
Kegunaan uranium-233 lain termasuk produksi isotop medis aktinium-225 dan bismut-213 yang merupakan turunannya, reaktor nuklir bermassa rendah untuk aplikasi perjalanan ruang angkasa, digunakan sebagai pelacak isotop, penelitian senjata nuklir, dan penelitian bahan bakar reaktor termasuk siklus bahan bakar torium.[2]
↑Environment and Natural Resources Policy Division., United States. Congress. Senate. (1985). "Nuclear proliferation factbook". Committee on Governmental Affairs. Subcommittee on Energy, N. Proliferation., United States. Congress. House. Committee on Foreign Affairs. Subcommittee on International Economic Policy and Trade., United States. Congress. House. Committee on Foreign Affairs. Subcommittee on Arms Control, I. Security.: 295. Diakses tanggal 22 Juni 2022.
12Langford, R. Everett (2004). Introduction to Weapons of Mass Destruction: Radiological, Chemical, and Biological. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. hlm.85. ISBN0471465607. "AS menguji beberapa bom uranium-233, tetapi keberadaan uranium-232 dalam uranium-233 menjadi masalah; uranium-232 adalah pemancar alfa yang berlebihan dan cenderung 'meracuni' bom uranium-233 dengan menjatuhkan neutron yang tersesat dari pengotor dalam bahan bom, yang mengarah pada kemungkinan pra-detonasi. Pemisahan uranium-232 dari uranium-233 terbukti sangat sulit dan tidak praktis. Bom uranium-233 tidak pernah dikerahkan sejak plutonium-239 menjadi berlimpah."
.jpg)