Uran -235 - Uranium-235

Uran-235,  ²³⁵ U

Uranmetall sterkt beriket med uran-235
Generell
Symbol	235 U
Navn	uran-235, U-235
Protoner	92
Nøytroner	143
Nukliddata
Naturlig overflod	0,72%
Halvt liv	703 800 000 år
Foreldre isotoper	235 Pa 235 Np 239 Pu
Forfallsprodukter	231 Th
Isotopmasse	235.0439299 u
Snurre rundt	7/2−
Overflødig energi	40914.062 ± 1.970 keV
Bindende energi	1783870.285 ± 1.996 keV
Forfallsmoduser
Forfallsmodus	Forfallsenergi ( MeV )
Alpha	4.679
Isotoper av uran Komplett tabell over nuklider

Uran-235 ( ²³⁵ U) er en isotop av uran som utgjør omtrent 0,72% naturlig uran . I motsetning til den dominerende isotopen uran-238 , er det spaltbart , det vil si, det kan opprettholde en fisjonskjedereaksjon . Det er den eneste fissile isotopen som eksisterer i naturen som et urnuklid .

Uran-235 har en halveringstid på 703,8 millioner år. Det ble oppdaget i 1935 av Arthur Jeffrey Dempster . Dens fisjonstverrsnitt for langsomme termiske nøytroner er omtrent 584,3 ± 1 fjøs . For raske nøytroner er det i størrelsesorden 1 låve. De fleste, men ikke alle, nøytronopptak absorberer fisjon; et mindretall resulterer i at nøytronfangst danner uran-236 .

Naturlig forfallskjede

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

Fisjon egenskaper

Nukleær fisjon sett med en uran-235 kjerne

Fisjonen til ett atom av uran-235 frigjøres 202,5 ​​MeV (3,24 × 10 ⁻¹¹  J ) inne i reaktoren. Det tilsvarer 19,54 TJ/ mol , eller 83,14 TJ/ kg. En annen 8,8 MeV slipper unna reaktoren som anti-nøytrinoer. Når²³⁵
₉₂U -nuklider bombarderes med nøytroner, en av de mange fisjonreaksjonene den kan gjennomgå er følgende (vist på det tilstøtende bildet):

Tungtvannsreaktorer og noen grafittmodererte reaktorer kan bruke naturlig uran, men lettvannsreaktorer må bruke lavt beriket uran på grunn av høyere nøytronabsorpsjon av lett vann. Uranberikelse fjerner noe av uran-238 og øker andelen av uran-235. Sterkt beriket uran (HEU) , som inneholder en enda større andel uran-235, brukes noen ganger i reaktorene til atomubåter , forskningsreaktorer og atomvåpen .

Hvis minst ett nøytron fra uran-235 fisjon treffer en annen kjerne og får den til å fisjonere, vil kjedereaksjonen fortsette. Hvis reaksjonen vil opprettholde seg selv, sies det å være kritisk , og massen på ²³⁵ U som kreves for å produsere den kritiske tilstanden sies å være en kritisk masse. En kritisk kjedereaksjon kan oppnås ved lave konsentrasjoner på ²³⁵ U hvis nøytronene fra fisjon modereres for å senke hastigheten, siden sannsynligheten for fisjon med langsomme nøytroner er større. En fisjonskjedereaksjon produserer mellomliggende massefragmenter som er svært radioaktive og produserer ytterligere energi ved deres radioaktive forfall . Noen av dem produserer nøytroner, kalt forsinkede nøytroner , som bidrar til fisjonskjedereaksjonen. Utgangseffekten fra kjernereaktorer blir justert ved plasseringen av kontrollstaver inneholdende elementer som sterkt absorberer nøytroner, for eksempel, bor , kadmium , eller hafnium , i reaktorkjernen. I atombomber er reaksjonen ukontrollert, og den store mengden energi som frigjøres skaper en atomeksplosjon .

Atomvåpen

The Little Boy pistol- atombombe sluppet over Hiroshima på 6 august 1945 var laget av høyanriket uran med en stor sabotasje . Den nominelle sfæriske kritiske massen for et ubehandlet atomvåpen på ²³⁵ U er 56 kilo (123 lb), som ville danne en sfære på 17,32 centimeter (6,82 tommer) i diameter. Materialet må være 85% eller mer av ²³⁵ U, og er kjent som våpen klasse uran, skjønt for en råolje og ineffektiv våpenet 20% anrikning er tilstrekkelig (kalt våpen (e) -usable ). Enda lavere berikelse kan brukes, men dette resulterer i at den nødvendige kritiske massen raskt øker. Bruk av en stor sabotasje, implosjonsgeometrier , utløserrør, poloniumutløsere , tritiumforbedring og nøytronreflektorer kan muliggjøre et mer kompakt, økonomisk våpen som bruker en fjerdedel eller mindre av den nominelle kritiske massen, selv om dette sannsynligvis bare ville være mulig i en land som allerede hadde lang erfaring med å konstruere atomvåpen. De fleste moderne atomvåpenutforminger bruker plutonium-239 som den fissile komponenten i primærstadiet; imidlertid brukes HEU (sterkt beriket uran, i dette tilfellet uran som er 20% eller mer ²³⁵ U) ofte i sekundærfasen som en tenner for fusjonsdrivstoffet.

Bruker

Uran-235 har mange bruksområder som drivstoff til atomkraftverk og i atomvåpen som atombomber . Noen kunstige satellitter , for eksempel SNAP-10A og RORSAT, ble drevet av atomreaktorer drevet med uran-235.

Referanser

Eksterne linker

• Tabell over nuklider .
• DOE Fundamentals handbook: Nuclear Physics and Reactor theory Vol. 1 , bind. 2 .
• Uran | Strålevernprogram | US EPA
• NLM farlige stoffer Databank - Uran, radioaktivt
• "The Miracle of U-235" , Popular Mechanics , januar 1941-en av de tidligste artiklene om U-235 for allmennheten