Uran -235 - Uranium-235

Uran-235,  ²³⁵ U

Kovový uran vysoce obohacený uranem-235
Všeobecné
Symbol	235 U
Jména	uran-235, U-235
Protony	92
Neutrony	143
Nuklidová data
Přirozená hojnost	0,72%
Poločas rozpadu	703 800 000 let
Rodičovské izotopy	235 Pa 235 Np 239 Pu
Produkty rozpadu	231 tis
Hmotnost izotopů	235,0439299 u
Roztočit	7/2−
Přebytečná energie	40914,062 ± 1,970 keV
Vazebná energie	1783870,285 ± 1,996 keV
Režimy rozpadu
Režim rozpadu	Energie rozpadu ( MeV )
Alfa	4,679
Izotopy uranu Kompletní tabulka nuklidů

Uran-235 ( ²³⁵ U) je izotop uranu, který tvoří asi 0,72% přírodního uranu . Na rozdíl od převládajícího izotopu uranu-238 je štěpný , tj. Může udržovat štěpnou řetězovou reakci . Je to jediný štěpný izotop, který existuje v přírodě jako prvotní nuklid .

Uran-235 má poločas rozpadu 703,8 milionů let. Objevil ji v roce 1935 Arthur Jeffrey Dempster . Jeho štěpný průřez pro pomalé tepelné neutrony je asi 584,3 ± 1 stodoly . U rychlých neutronů je to řádově 1 stodola. Většina, ale ne všechny absorpce neutronů vedou ke štěpení; menšina má za následek zachycení neutronů za vzniku uranu-236 .

Řetěz přírodního rozpadu

${\ displaystyle {\ begin {array} {r} {\ ce {^{235} _ {92} U-> [\ alpha] [7,038 \ times 10^{8} \ {\ ce {y}}] { ^{231} _ {90} Th}-> [\ beta ^{-}] [25,52 \ {\ ce {h}}] { ^{231} _ {91} Pa}-> [\ alpha] [3,276 \ times 10^{4} \ {\ ce {y}}] {^{227} _ {89} Ac}}} {\ begin {Bmatrix} {\ ce {-> [98,62 \%\ beta^{- }] [21.773 \ {\ ce {y}}] {^{227} _ {90} Čt}-> [\ alpha] [18,718 \ {\ ce {d}}]}}} \\ {\ ce {- > [1,38 \%\ alpha] [21,777 \ {\ ce {y}}] { ^{223} _ {87} Fr}-> [\ beta ^{-}] [21,8 \ {\ ce {min}} ]}} \ end {Bmatrix}} {\ ce {^{223} _ {88} Ra-> [\ alpha] [11,434 \ {\ ce {d}}] {^{219} _ {86} Rn} }} \\ {\ ce {^{219} _ {86} Rn-> [\ alpha] [3,96 \ {\ ce {s}}] {^{215} _ {84} Po}-> [\ alpha ] [1,778 \ {\ ce {ms}}] {^{211} _ {82} Pb}-> [\ beta^{-}] [36,1 \ {\ ce {min}}] {^{211} _ {83} Bi}}} {\ begin {Bmatrix} {\ ce {-> [99,73 \%\ alpha] [2,13 \ {\ ce {min}}] {^{207} _ {81} Tl}-> [\ beta ^{-}] [4,77 \ {\ ce {min}}]}} \\ {\ ce {-> [0,27 \%\ beta ^{-}] [2,13 \ {\ ce {min}} ] {^{211} _ {84} Po}-> [\ alpha] [0,516 \ {\ ce {s}}]}}} \ end {Bmatrix}} {\ ce {^{207} _ {82} Pb_ {(stable)}}} \ end {array}}}$

Vlastnosti štěpení

Nukleární štěpení pozorované s jádrem uranu-235

Uvolňuje se štěpení jednoho atomu uranu-235 202,5 ​​MeV (3,24 × 10 ⁻¹¹  J ) uvnitř reaktoru. To odpovídá 19,54 TJ/ mol nebo 83,14 TJ/ kg. Dalších 8,8 MeV uniká z reaktoru jako anti-neutrina. Když²³⁵
₉₂U nuklidy jsou bombardovány neutrony, jedna z mnoha štěpných reakcí, které může podstoupit, je následující (znázorněno na sousedním obrázku):

Těžkovodní reaktory a některé grafitem moderované reaktory mohou využívat přírodní uran, ale lehkovodní reaktory musí používat nízko obohacený uran kvůli vyšší absorpci lehké vody neutrony . Obohacení uranu odstraní část uranu-238 a zvýší podíl uranu-235. Vysoce obohacený uran (HEU) , který obsahuje ještě větší podíl uranu-235, se někdy používá v reaktorech jaderných ponorek , výzkumných reaktorech a jaderných zbraních .

Pokud alespoň jeden neutron ze štěpení uranu-235 zasáhne jiné jádro a způsobí jeho štěpení, řetězová reakce bude pokračovat. Pokud se reakce udrží, říká se, že je kritická , a hmotnost ²³⁵ U potřebná k vytvoření kritického stavu je označena jako kritická hmotnost. Kritické řetězové reakce lze dosáhnout při nízkých koncentracích ²³⁵ U, pokud jsou neutrony štěpení moderovány tak, aby se snížila jejich rychlost, protože pravděpodobnost štěpení s pomalými neutrony je větší. Při štěpné řetězové reakci vznikají středně hmotné fragmenty, které jsou vysoce radioaktivní a jejich radioaktivním rozpadem produkují další energii . Některé z nich produkují neutrony, nazývané zpožděné neutrony , které přispívají k řetězové reakci štěpení. Výkon jaderných reaktorů je upraven umístěním řídicích tyčí obsahujících prvky, které silně absorbují neutrony, např. Bor , kadmium nebo hafnium , v jádru reaktoru. U jaderných bomb je reakce nekontrolovaná a velké množství uvolněné energie vytváří jaderný výbuch .

Nukleární zbraně

Malý chlapec zbraň typu atomové bomby na Hirošimu 6. srpna 1945 bylo vyrobeno z vysoce obohaceného uranu s velkým vměšovat . Nominální sférická kritická hmotnost pro nezměněnou ²³⁵ U jadernou zbraň je 56 kilogramů (123 lb), což by vytvořilo kouli o průměru 17,32 cm (6,82 palce). Materiál musí mít 85% nebo více z ²³⁵ U a je známý jako zbraňový uran, ačkoli pro surovou a neúčinnou zbraň stačí 20% obohacení (nazývá se použitelná zbraň ). Lze použít i nižší obohacení, ale to má za následek, že požadované kritické množství rychle roste. Použití velkého tamperu, implozních geometrií, spoušťových trubic, polonicových spouště, vylepšení tritia a neutronových reflektorů může umožnit kompaktnější a ekonomičtější zbraň s použitím jedné čtvrtiny nebo menší nominální kritické hmotnosti, i když by to bylo pravděpodobně možné pouze v země, která již měla rozsáhlé zkušenosti s konstrukcí jaderných zbraní. Většina moderních návrhů jaderných zbraní používá jako štěpnou složku primárního stupně plutonium-239 ; nicméně HEU (vysoce obohacený uran, v tomto případě uran, který má 20% nebo více ²³⁵ U) se často používá v sekundárním stupni jako zapalovač pro fúzní palivo.

Využití

Uran-235 má mnoho využití, například jako palivo pro jaderné elektrárny a v jaderných zbraních, jako jsou jaderné bomby . Některé umělé satelity , jako například SNAP-10A a RORSAT, byly poháněny jadernými reaktory poháněnými uranem-235.

Reference

externí odkazy

• Tabulka nuklidů .
• Příručka DOE Fundamentals: Nuclear Physics and Reactor theory Vol. 1 , sv. 2 .
• Uran | Program radiační ochrany | US EPA
• Databáze nebezpečných látek NLM - uran, radioaktivní
• „Zázrak U-235“ , Popular Mechanics , leden 1941-jeden z prvních článků o U-235 pro širokou veřejnost