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 около584,3 ± 1 барн . [1] Для быстрых нейтронов он составляет порядка 1 барна. [2] Большинство поглощений нейтронов вызывают деление, хотя меньшинство приводит к образованию урана-236 . [ нужна цитата ]
При делении одного атома урана-235 выделяется202,5 МэВ (3,24 × 10-11 Дж ) внутри реактора. Это соответствует 19,54 ТДж/ моль или 83,14 ТДж/кг. [3] Еще 8,8 МэВ покидают реактор в виде антинейтрино. Когда235
92Ядра 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 , а массу 235 U, необходимую для создания критического состояния, называют критической массой. Критическая цепная реакция может быть достигнута при низких концентрациях 235 U, если замедлить нейтроны деления, чтобы снизить их скорость, поскольку вероятность деления медленными нейтронами выше. 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 выделяющейся энергии приводит к ядерному взрыву .
Атомная бомба пушечного типа «Маленький мальчик» , сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года, была изготовлена из высокообогащенного урана с большим тампером . Номинальная сферическая критическая масса нетронутого ядерного оружия на 235 U составляет 56 килограммов (123 фунта), [4] что образует сферу диаметром 17,32 сантиметра (6,82 дюйма). Материал должен состоять на 85% или более из 235 U и известен как уран оружейного качества , хотя для грубого и неэффективного оружия достаточно 20% обогащения (так называемое «пригодное для использования в оружии» ). Можно использовать и более низкое обогащение, но это приводит к быстрому увеличению требуемой критической массы . Использование большого тампера, геометрии имплозии , спусковых трубок, полониевых спусковых механизмов, тритиевого усиления и отражателей нейтронов может позволить создать более компактное и экономичное оружие, использующее одну четвертую или менее 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 в качестве делящегося компонента первой ступени используется плутоний-239 ; [5] [6] однако ВОУ (высокообогащенный уран, в данном случае уран, содержащий 20% и более 235 U) часто используется на вторичной стадии в качестве воспламенителя термоядерного топлива.
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. [7] [8]
![{\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)
{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link)