 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 .
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} Па} -> [\ 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 _ {(стабильный)}}} \ end {array}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3fe53a75c7554594e8520390bcb8eb01317f6939)
Свойства деления [ править ]
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):
0п +235
92U →141
56Ba +92
36Кр + 31
0п
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 будут замедлителем снизить свою скорость, так как вероятность для деления с медленными нейтронами больше. 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.
| Источник | Средняя выделяемая энергия [МэВ] [3] |
|---|---|
| Мгновенно высвобождаемая энергия | |
| Кинетическая энергия осколков деления | 169,1 |
| Кинетическая энергия мгновенных нейтронов | 4.8 |
| Энергия, переносимая стремительными γ-лучами | 7.0 |
| Энергия от распадающихся продуктов деления | |
| Энергия β - -частиц | 6.5 |
| Энергия запаздывающих γ-лучей | 6.3 |
| Энергия, выделяющаяся при захвате быстрых нейтронов, которые не (повторно) производят деление | 8,8 |
| Полная энергия, преобразованная в тепло в работающем тепловом ядерном реакторе | 202,5 |
| Энергия антинейтрино | 8,8 |
| Сумма | 211,3 |
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 RORSATs, были оснащены ядерными реакторами, работающими на уране-235. [7] [8]
Ссылки [ править ]
- ^ "# Стандартная реакция: 235U (n, f)" . www-nds.iaea.org . МАГАТЭ . Дата обращения 4 мая 2020 .
- ^ " " Некоторая физика урана ", UIC.com.au " . Архивировано 17 июля 2007 года . Проверено 18 января 2009 .CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
- ^ a b Ядерное деление и синтез, нейтронные взаимодействия , Национальная физическая лаборатория.
- ^ "Часто задаваемые вопросы о конструкции ядерного оружия ФАС" . Архивировано из оригинала на 1999-05-07 . Проверено 2 сентября 2010 .
- ^ Участники ФАС (ред.). Дизайн ядерного оружия . Федерация американских ученых.
- ^ Шахтер, Уильям Н .; Шонфельд, Фред В. (1968). «Плутоний» . В Клиффорде А. Хэмпеле (ред.). Энциклопедия химических элементов . Нью-Йорк (NY): Reinhold Book Corporation. п. 541 . LCCN 68029938 .
- ^ Шмидт, Глен (февраль 2011 г.). «Обзор SNAP - радий-219 - общие сведения» (PDF) . Американское ядерное общество . Проверено 27 августа 2012 года .
- ^ "RORSAT (спутник радиолокационной разведки океана)" . daviddarling.info.
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.
| Зажигалка: уран-234 | Уран-235 является изотопом из урана | Тяжелее: уран-236 |
| Продукт распада : протактиний-235, нептуний-235, плутоний-239. | Цепочка распада урана-235 | Распадается на: торий-231 |
