Уран-235

Уран-235,  ²³⁵ U

Уран металлический высокообогащенный по урану-235
Общий
Символ	235 U
Имена	уран-235, U-235
Протоны	92
Нейтронов	143
Данные о нуклидах
Природное изобилие	0,72%
Период полураспада	703 800 000 лет
Родительские изотопы	235 Па 235 Np 239 Pu
Продукты распада	231 Чт
Изотопная масса	235.0439299 u
Вращение	7 / 2−
Избыточная энергия	40914.062 ± 1.970 кэВ
Связующая энергия	1783870,285 ± 1,996 кэВ
Режимы распада
Режим распада	Энергия распада ( МэВ )
Альфа	4,679
Изотопы урана Полная таблица нуклидов

Уран-235 ( ²³⁵ U) - изотоп урана, составляющий около 0,72% природного урана . В отличие от преобладающего изотопа урана-238 , он делящийся , то есть может выдерживать цепную реакцию деления . Это единственный делящийся изотоп, существующий в природе как первичный нуклид .

Период полураспада урана-235 составляет 703,8 миллиона лет. Он был открыт в 1935 году Артуром Джеффри Демпстером . Его сечение деления для медленных тепловых нейтронов составляет около 584,3 ± 1 барн . ^[1] Для быстрых нейтронов это порядка 1 барн. ^[2] Большинство, но не все поглощения нейтронов приводят к делению; меньшинство приводит к захвату нейтронов с образованием урана-236 . ^{[ необходима цитата ]}

Цепочка естественного распада [ править ]

${\displaystyle {\begin{array}{r}{\ce {^{235}_{92}U->[\alpha ][7.038\times 10^{8}\ {\ce {y}}]{^{231}_{90}Th}->[\beta ^{-}][25.52\ {\ce {h}}]{^{231}_{91}Pa}->[\alpha ][3.276\times 10^{4}\ {\ce {y}}]{^{227}_{89}Ac}}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[98.62\%\beta ^{-}][21.773\ {\ce {y}}]{^{227}_{90}Th}->[\alpha ][18.718\ {\ce {d}}]}}\\{\ce {->[1.38\%\alpha ][21.773\ {\ce {y}}]{^{223}_{87}Fr}->[\beta ^{-}][21.8\ {\ce {min}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{223}_{88}Ra->[\alpha ][11.434\ {\ce {d}}]{^{219}_{86}Rn}}}\\{\ce {^{219}_{86}Rn->[\alpha ][3.96\ {\ce {s}}]{^{215}_{84}Po}->[\alpha ][1.778\ {\ce {ms}}]{^{211}_{82}Pb}->[\beta ^{-}][36.1\ {\ce {min}}]{^{211}_{83}Bi}}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[99.73\%\alpha ][2.13\ {\ce {min}}]{^{207}_{81}Tl}->[\beta ^{-}][4.77\ {\ce {min}}]}}\\{\ce {->[0.27\%\beta ^{-}][2.13\ {\ce {min}}]{^{211}_{84}Po}->[\alpha ][0.516\ {\ce {s}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{207}_{82}Pb_{(stable)}}}\end{array}}}$

Свойства деления [ править ]

Ядерное деление с ядром урана-235

При делении одного атома урана-235 выделяется 202,5 ​​МэВ (3,24 × 10 ⁻¹¹  Дж ) внутри реактора. Это соответствует 19,54 ТДж / моль , или 83,14 ТДж / кг. ^[3] Еще 8,8 МэВ уходит из реактора в виде антинейтрино. Когда²³⁵
₉₂Нуклиды U бомбардируются нейтронами, одна из многих реакций деления, которым он может подвергнуться, следующая (показано на изображении рядом):

В тяжеловодных реакторах и некоторых реакторах с графитовым замедлителем можно использовать природный уран, но в легководных реакторах должен использоваться низкообогащенный уран из-за более высокого поглощения нейтронов легкой водой. Обогащение урана удаляет часть урана-238 и увеличивает долю урана-235. Высокообогащенный уран (ВОУ) , который содержит еще большую долю урана-235, иногда используется в реакторах атомных подводных лодок , исследовательских реакторах и ядерном оружии .

Если хотя бы один нейтрон от деления урана-235 поражает другое ядро ​​и вызывает его деление, то цепная реакция продолжится. Если реакция будет продолжаться, она считается критической , а масса ²³⁵ U, необходимая для создания критического состояния, называется критической массой. Критическая цепная реакция может быть достигнута при низких концентрациях ²³⁵ U, если нейтроны от деления замедлить, чтобы снизить их скорость, поскольку вероятность деления с медленными нейтронами выше. Цепная реакция деления производит промежуточные фрагменты массовых которые в значительных степени радиоактивные и производить дальнейшую энергию по ихрадиоактивный распад . Некоторые из них производят нейтроны, называемые запаздывающими нейтронами , которые участвуют в цепной реакции деления. Выходная мощность ядерных реакторов регулируется расположением управляющих стержней, содержащих элементы, которые сильно поглощают нейтроны, например бор , кадмий или гафний , в активной зоне реактора. В ядерных бомбах реакция неконтролируема, и большое количество выделяющейся энергии вызывает ядерный взрыв .

Ядерное оружие [ править ]

Атомная бомба типа « Маленький мальчик », сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года, была сделана из высокообогащенного урана с большим тампером . Номинальная сферическая критическая масса для неповрежденного ядерного оружия ²³⁵ U составляет 56 килограммов (123 фунта) ^[4], что составляет сферу диаметром 17,32 сантиметра (6,82 дюйма). Материал должен состоять на 85% или более из ²³⁵ U и известен как оружейный уран, хотя для грубого и неэффективного оружия достаточно 20% обогащения (так называемого оружейного (-ого ) использования ). Можно использовать даже более низкое обогащение, но это приводит к требуемой критической массе.быстро увеличивается. Использование большого тампера, геометрии имплозии , триггерных трубок, полониевых триггеров, тритиевого усиления и нейтронных отражателей может позволить создать более компактное и экономичное оружие, использующее одну четверть или меньше номинальной критической массы, хотя это, вероятно, было бы возможно только в страна, которая уже имела большой опыт создания ядерного оружия. Большинство современного ядерного оружия конструирует использование плутоний-239 в качестве делящегося компонента начальной стадии; ^{[5] [6]} однако ВОУ (высокообогащенный уран, в данном случае уран с содержанием 20% или более ²³⁵U) часто используется на вторичной ступени в качестве воспламенителя термоядерного топлива.

Использует [ редактировать ]

Уран-235 находит множество применений, таких как топливо для атомных электростанций, а также в ядерном оружии, таком как ядерные бомбы . Некоторые искусственные спутники , такие как SNAP-10A и RORSAT, были оснащены ядерными реакторами, работающими на уране-235. ^{[7] [8]}

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Таблица нуклидов .
• Справочник Министерства энергетики США: Ядерная физика и теория реакторов Vol. 1 , т. 2 .
• Уран | Программа радиационной защиты | Агентство по охране окружающей среды США
• Банк данных по опасным веществам NLM - уран, радиоактивный
• «Чудо с U-235» , « Популярная механика» , январь 1941 г. - одна из самых ранних статей об U-235 для широкой публики.