Уран-235
 Металлический уран, высокообогащенный ураном-235. | |
| Общий | |
|---|---|
| Символ | 235 В |
| Имена | уран-235, уран-235, уран-235 |
| Протоны ( С ) | 92 |
| Нейтроны ( Н ) | 143 |
| Данные о нуклидах | |
| Природное изобилие | 0.72% |
| Период полураспада ( т 1/2 ) | 703 800 000 лет |
| масса изотопа | 235.0439299 Да |
| Вращаться | 7/2− |
| Избыточная энергия | 40 914 ,062 ± 1,970 кэВ |
| Энергия связи | 1 783 870 .285 ± 1,996 кэВ |
| Родительские изотопы | 235 Хорошо 235 Например 239 Мог |
| Продукты распада | 231 че |
| Режимы затухания | |
| Режим затухания | Энергия распада ( МэВ ) |
| Альфа | 4.679 |
| Изотопы урана Полная таблица нуклидов | |
Уран-235 ( 235 U или U-235 ) — изотоп урана, составляющий около 0,72% природного урана . В отличие от преобладающего изотопа урана-238 , он делится , то есть может поддерживать цепную ядерную реакцию . Это единственный делящийся изотоп, который существует в природе в виде первичного нуклида .
Уран-235 имеет период полураспада 703,8 миллиона лет. Он был открыт в 1935 году Артуром Джеффри Демпстером . Его сечение деления медленными тепловыми нейтронами составляет около 584,3 ± 1 барн . [1] Для быстрых нейтронов он составляет порядка 1 барна. [2] Большая часть поглощения нейтронов вызывает деление, хотя меньшинство (около 15%) приводит к образованию урана-236 . [3] [4]
Свойства деления [ править ]
При делении одного атома урана-235 выделяется 202,5 МэВ ( 3,24 × 10 −11 J ) внутри реактора. Это соответствует 19,54 ТДж/ моль или 83,14 ТДж/кг. [5] Еще 8,8 МэВ покидают реактор в виде антинейтрино. Когда 235
Ядра 92 U бомбардируются нейтронами, одна из многих реакций деления, которым оно может подвергнуться, следующая (показано на соседнем изображении):
Тяжеловодные реакторы и некоторые реакторы с графитовым замедлителем могут использовать природный уран, но легководные реакторы должны использовать низкообогащенный уран из-за более высокого поглощения нейтронов легкой водой. При обогащении урана удаляется часть урана-238 и увеличивается доля урана-235. Высокообогащенный уран (ВОУ), содержащий 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 ударит другое ядро и заставит его делиться, то цепная реакция продолжится. Если реакция продолжает поддерживаться, ее называют критической , и масса 235 U, необходимый для создания критического состояния, называется критической массой. Критическая цепная реакция может быть достигнута при низких концентрациях 235 U, если нейтроны деления замедляются , чтобы снизить их скорость, поскольку вероятность деления медленными нейтронами больше. Цепная реакция деления приводит к образованию фрагментов промежуточной массы , которые обладают высокой радиоактивностью и производят дополнительную энергию в результате своего радиоактивного распада . Некоторые из них производят нейтроны, называемые запаздывающими нейтронами , которые способствуют цепной реакции деления. Выходная мощность ядерных реакторов регулируется расположением в активной зоне реактора стержней управления , содержащих элементы, сильно поглощающие нейтроны, например бор , кадмий или гафний . В ядерных бомбах реакция неконтролируема, и большое количество энергии выделяющейся приводит к ядерному взрыву .
Ядерное оружие [ править ]
Атомная бомба «Маленький мальчик» пушечного типа , сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года, была изготовлена из высокообогащенного урана с большим тампером . Номинальная сферическая критическая масса для незащищенного 235 Ядерное оружие U составляет 56 килограммов (123 фунта), [6] который образует сферу диаметром 17,32 сантиметра (6,82 дюйма). Материал должен состоять на 85% или более из 235 U известен как уран оружейного качества , хотя для грубого и неэффективного оружия достаточно 20-процентного обогащения (это называется пригодным для использования в оружии ). Можно использовать и более низкое обогащение, но это приводит к требуемой критической массы быстрому увеличению . Использование большого тампера, имплозионной геометрии, спусковых трубок, полониевых спусковых механизмов, тритиевого усиления и отражателей нейтронов может позволить создать более компактное и экономичное оружие, использующее одну четверть или меньше номинальной критической массы, хотя это, вероятно, будет возможно только в страна, которая уже имела большой опыт в разработке ядерного оружия. В большинстве современных конструкций ядерного оружия используется плутоний-239 ; в качестве делящегося компонента первой ступени [7] [8] однако ВОУ (высокообогащенный уран, в данном случае уран, содержание которого составляет 20% и более) 235 U) часто используется на второй ступени в качестве воспламенителя термоядерного топлива.
| Источник | Средняя энергия выпущено [МэВ] [5] |
|---|---|
| Мгновенно высвобождаемая энергия | |
| Кинетическая энергия осколков деления | 169.1 |
| Кинетическая энергия мгновенных нейтронов | 4.8 |
| Энергия, переносимая мгновенными γ-лучами | 7.0 |
| Энергия распада продуктов деления | |
| Энергия β− частиц | 6.5 |
| Энергия запаздывающих γ-лучей | 6.3 |
| Энергия, выделяющаяся при захвате мгновенных нейтронов, которые не (вос) производят деление. | 8.8 |
| Полная энергия, преобразованная в тепло в работающем тепловом ядерном реакторе | 202.5 |
| Энергия антинейтрино | 8.8 |
| Сумма | 211.3 |
естественного распада Цепь
![{\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}Пт}->[\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}}}{\begin {Bmatrix}{\ce {->[99.99\%\alpha ][1.778\ {\ce {ms}}]{^{211}_{82}Pb}->[\beta ^{-}][36.1 \ {\ce {min}}]}}\\{\ce {->[2.3\times 10^{-4}\%\beta ^{-}][1,778\ {\ce {ms}}]{ ^{215}_{85}At}->[\alpha ][0.10\ {\ce {ms}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{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{массив}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/da2e321e70c54cd68c88b0abb6a8286b29b18b5a)
Использует [ править ]
Уран-235 имеет множество применений, например, в качестве топлива для атомных электростанций и в ядерном оружии, например, в ядерных бомбах . Некоторые искусственные спутники , такие как SNAP-10A и RORSAT, питались ядерными реакторами, работающими на уране-235. [9] [10]
Ссылки [ править ]
- ^ «#Стандартная реакция: 235U(n,f)» . www-nds.iaea.org . МАГАТЭ . Проверено 4 мая 2020 г.
- ^ « Немного физики урана», UIC.com.au » . Архивировано из оригинала 17 июля 2007 года . Проверено 18 января 2009 г.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ «Отношение захвата к делению» . Nuclear-Power.com . Проверено 26 июня 2024 г.
- ^ Кэбелл, MJ; Сли, ЖЖ (1962). «Отношение захвата нейтронов к делению урана-235». Журнал неорганической и ядерной химии . 24 (12): 1493–1500. дои : 10.1016/0022-1902(62)80002-5 .
- ^ Перейти обратно: а б Ядерное деление и синтез, а также взаимодействие нейтронов , Архив Национальной физической лаборатории.
- ^ «Часто задаваемые вопросы ФАС по проектированию ядерного оружия» . Архивировано из оригинала 7 мая 1999 г. Проверено 2 сентября 2010 г.
- ^ Проектирование ядерного оружия . Федерация американских ученых. Архивировано из оригинала 26 декабря 2008 г. Проверено 4 июня 2016 г.
- ^ Майнер, Уильям Н.; Шонфельд, Фред В. (1968). «Плутоний» . В Клиффорде А. Хэмпеле (ред.). Энциклопедия химических элементов . Нью-Йорк (Нью-Йорк): Reinhold Book Corporation. п. 541 . LCCN 68029938 .
- ^ Шмидт, Глен (февраль 2011 г.). «Обзор SNAP – радий-219 – общая информация» (PDF) . Американское ядерное общество . Проверено 27 августа 2012 г.
- ^ «РОРСАТ (Радиолокационный спутник океанской разведки)» . daviddarling.info.
Внешние ссылки [ править ]
- Таблица нуклидов .
- Справочник Министерства энергетики США по основам: Ядерная физика и теория реакторов Том. 1. Архивировано 31 июля 2017 г. в Wayback Machine , Vol. 2. Архивировано 20 декабря 2016 г. в Wayback Machine .
- Радионуклидные основы: Уран | Агентство по охране окружающей среды США
- Банк данных по опасным веществам NLM – уран, радиоактивный
- «Чудо U-235» , «Популярная механика» , январь 1941 г. — одна из первых статей об U-235 для широкой публики.