Uran-235 - Uranium-235
Ogólny | |
---|---|
Symbol | 235 jednostek |
Nazwy | uran-235, U-235 |
Protony | 92 |
Neutrony | 143 |
Dane nuklidów | |
Naturalna obfitość | 0,72% |
Pół życia | 703 800 000 lat |
Izotopy macierzyste |
235 Pa 235 Np 239 Pu |
Produkty rozpadu | 231 Th |
Masa izotopowa | 235.0439299 u |
Kręcić się | 7/2− |
Nadmiar energii | 40914,062 ± 1,970 keV |
Energia wiązania | 1783870.285 ± 1,996 keV |
Tryby zaniku | |
Tryb zaniku | Energia rozpadu ( MeV ) |
Alfa | 4,679 |
Izotopy uranu Kompletna tabela nuklidów |
Uran-235 ( 235 U) to izotop uranu stanowiący około 0,72% naturalnego uranu . W przeciwieństwie do dominującego izotopu uranu-238 , jest on rozszczepialny , co oznacza , że może podtrzymywać łańcuchową reakcję rozszczepienia . Jest to jedyny rozszczepialny izotop, który występuje w przyrodzie jako pierwotny nuklid .
Uran-235 ma okres półtrwania 703,8 miliona lat. Został odkryty w 1935 roku przez Arthura Jeffreya Dempstera . Jego rozszczepienie przekrój powolnych neutronów termicznych wynosi 584,3 ± 1 obory . Dla neutronów prędkich jest to rzędu 1 barny. Większość, ale nie wszystkie absorpcje neutronów powodują rozszczepienie; mniejszość powoduje wychwytywanie neutronów tworząc uran-236 .
Naturalny łańcuch rozpadu
Właściwości rozszczepienia
Rozszczepienie jednego atomu uranu-235 uwalnia 202,5 MeV (3,24 x 10 -11 J ) wewnątrz reaktora. Odpowiada to 19,54 TJ/ mol lub 83,14 TJ/kg. Kolejne 8,8 MeV ucieka z reaktora jako antyneutrina. Kiedy235
92Nuklidy U są bombardowane neutronami, jedna z wielu reakcji rozszczepienia, którym mogą podlegać, jest następująca (pokazana na sąsiednim rysunku):
0n +235
92U →141
56Ba +92
36Kr + 31
0n
Reaktory na ciężką wodę i niektóre reaktory z moderacją grafitu mogą wykorzystywać naturalny uran, ale reaktory na lekką wodę muszą używać nisko wzbogaconego uranu ze względu na wyższą absorpcję neutronów przez lekką wodę. Wzbogacanie uranu usuwa część uranu-238 i zwiększa udział uranu-235. Wysoko wzbogacony uran (HEU) , który zawiera jeszcze większą część uranu-235, jest czasami używany w reaktorach atomowych okrętów podwodnych , reaktorach badawczych i broni jądrowej .
Jeśli przynajmniej jeden neutron z rozszczepienia uranu-235 uderzy w inne jądro i spowoduje jego rozszczepienie, reakcja łańcuchowa będzie kontynuowana. Jeśli reakcja będzie się utrzymywać, mówi się, że jest krytyczna , a masa 235 U wymagana do wytworzenia stanu krytycznego jest masą krytyczną. Krytyczną reakcję łańcuchową można osiągnąć przy niskich stężeniach 235 U, jeśli neutrony z rozszczepienia są moderowane w celu zmniejszenia ich prędkości, ponieważ prawdopodobieństwo rozszczepienia z wolnymi neutronami jest większe. Łańcuchowa reakcja rozszczepienia wytwarza fragmenty o średniej masie, które są wysoce radioaktywne i wytwarzają dodatkową energię poprzez swój radioaktywny rozpad . Niektóre z nich wytwarzają neutrony, zwane neutronami opóźnionymi , które biorą udział w łańcuchowej reakcji rozszczepienia. Moc wyjściowa reaktorów jądrowych jest regulowana przez umiejscowienie w rdzeniu reaktora prętów sterujących zawierających pierwiastki silnie absorbujące neutrony, np. bor , kadm , hafn . W bombach atomowych reakcja jest niekontrolowana, a uwolniona duża ilość energii powoduje wybuch jądrowy .
Bronie nuklearne
Little Boy pistolet typu bomba atomowa spadła na Hiroszimę 6 sierpnia 1945 roku została wykonana z wysoko wzbogaconego uranu z dużym sabotażu . Nominalna sferyczna masa krytyczna nienaruszonej broni jądrowej 235 U wynosi 56 kilogramów (123 funtów), co utworzy kulę o średnicy 17,32 centymetra (6,82 cala). Materiał musi zawierać 85% lub więcej 235 U i jest znany jako uran do broni , chociaż w przypadku prymitywnej i nieefektywnej broni wystarczy 20% wzbogacenie (nazywane bronią (użyteczną )). Można zastosować nawet niższe wzbogacenie, ale powoduje to szybki wzrost wymaganej masy krytycznej . Użycie dużego ubijaka, geometrii implozyjnej , rurek wyzwalających, wyzwalaczy polonu , wzmocnienia trytu i reflektorów neutronowych może umożliwić bardziej kompaktową, ekonomiczną broń wykorzystującą jedną czwartą lub mniej nominalnej masy krytycznej, chociaż byłoby to prawdopodobnie możliwe tylko w kraju, który miał już duże doświadczenie w inżynierii broni jądrowej. Większość nowoczesnych konstrukcji broni jądrowej wykorzystuje pluton-239 jako składnik rozszczepialny fazy pierwotnej; jednak HEU (wysoce wzbogacony uran, w tym przypadku uran, który wynosi 20% lub więcej 235 U) jest często używany w stopniu wtórnym jako zapłonnik paliwa termojądrowego.
Źródło | Średnia uwolniona energia [MeV] |
---|---|
Natychmiast uwolniona energia | |
Energia kinetyczna fragmentów rozszczepienia | 169,1 |
Energia kinetyczna szybkich neutronów | 4,8 |
Energia niesiona przez szybkie promienie γ | 7,0 |
Energia z rozkładających się produktów rozszczepienia | |
Energia β − -cząstek | 6,5 |
Energia opóźnionych promieni γ | 6,3 |
Energia uwalniana, gdy zostają wychwycone te szybkie neutrony, które nie (re)produkują rozszczepienia | 8,8 |
Całkowita energia zamieniona na ciepło w pracującym termicznym reaktorze jądrowym | 202,5 |
Energia antyneutrin | 8,8 |
Suma | 211.3 |
Zastosowania
Uran-235 ma wiele zastosowań, takich jak paliwo do elektrowni jądrowych oraz w broni jądrowej, takiej jak bomby atomowe . Niektóre sztuczne satelity , takie jak SNAP-10A i RORSAT, były zasilane przez reaktory jądrowe zasilane uranem-235.
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Tabela nuklidów .
- Podręcznik Podstaw DOE: Fizyka Jądrowa i Teoria Reaktorów Cz. 1 , tom. 2 .
- Uran | Program Ochrony Radiologicznej | US EPA
- Bank danych o substancjach niebezpiecznych NLM – uran, radioaktywny
- „Cud U-235” , Popular Mechanics , styczeń 1941 – jeden z najwcześniejszych artykułów o U-235 dla ogółu społeczeństwa