Уран-235 ( 235 U или U-235 ) — изотоп урана, составляющий около 0,72% природного урана . В отличие от преобладающего изотопа урана-238 , он делится , т. е. может поддерживать цепную ядерную реакцию . Это единственный делящийся изотоп, который существует в природе в виде первичного нуклида .
Уран-235 имеет период полураспада 703,8 млн лет. Он был открыт в 1935 году Артуром Джеффри Демпстером . Его сечение деления для медленных тепловых нейтронов составляет около584,3 ± 1 барн . [1] Для быстрых нейтронов это порядка 1 барн. [2] Большинство поглощений нейтронов вызывают деление, хотя меньшинство (около 15%) приводит к образованию урана-236 . [3] [4]
Деление одного атома урана-235 высвобождает202,5 МэВ (3,24 × 10−11 Дж ) внутри реактора. Это соответствует 19,54 ТДж/ моль , или 83,14 ТДж/кг. [5] Еще 8,8 МэВ покидают реактор в виде антинейтрино. Когда235
92Ядра U бомбардируются нейтронами, и одна из многочисленных реакций деления, в которой они могут участвовать, выглядит следующим образом (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. 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 ударяет по другому ядру и заставляет его делиться, то цепная реакция будет продолжаться. Если реакция продолжает поддерживаться, она называется 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 больше. Цепная реакция деления производит промежуточные массовые фрагменты , которые являются высокорадиоактивными и производят дополнительную энергию за счет своего радиоактивного распада . Некоторые из них производят нейтроны, называемые запаздывающими нейтронами , которые способствуют цепной реакции деления. Выходная мощность ядерных реакторов регулируется расположением регулирующих стержней, содержащих элементы, которые сильно поглощают нейтроны, например, бор , кадмий или гафний , в активной зоне реактора. В ядерных бомбах реакция неконтролируема, и большое количество выделяемой энергии создает ядерный взрыв .
Атомная бомба типа «пушка» «Малыш» , сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 года, была изготовлена из высокообогащенного урана с большим тампером . Номинальная сферическая критическая масса для необработанного ядерного оружия 235 U составляет 56 килограммов (123 фунта), [6] что образует сферу диаметром 17,32 сантиметра (6,82 дюйма). Материал должен содержать 85% или более 235 U и известен как уран оружейного качества , хотя для грубого и неэффективного оружия достаточно 20% обогащения (называемого оружейным(ыми) уранами)-usable(s) ). Можно использовать даже более низкое обогащение, но это приводит к быстрому увеличению требуемой критической массы . Использование большого тампера, геометрий имплозии , триггерных трубок, триггеров полониевого типа , тритиевого усиления и нейтронных отражателей может позволить создать более компактное, экономичное оружие, использующее одну четвертую или менее номинальной критической массы, хотя это, вероятно, будет возможно только в стране, которая уже имеет большой опыт в разработке ядерного оружия. Большинство современных конструкций ядерного оружия используют плутоний-239 в качестве делящегося компонента первичной ступени; [7] [8] однако, ВОУ (высокообогащенный уран, в данном случае уран, который составляет 20% или более 235 U) часто используется на вторичной ступени в качестве воспламенителя для термоядерного топлива.
Уран-235 имеет множество применений, таких как топливо для атомных электростанций и в ядерном оружии, таком как ядерные бомбы . Некоторые искусственные спутники , такие как SNAP-10A и RORSAT, работали на ядерных реакторах, работающих на уране-235. [9] [10]
![{\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}}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[99.99\%\alpha ][1.778\ {\ce {мс}}]{^{211}_{82}Pb}->[\бета ^{-}][36,1\ {\ce {мин}}]}}\\{\ce {->[2,3\ умножить на 10^{-4}\%\бета ^{-}][1,778\ {\ce {мс}}]{^{215}_{85}At}->[\альфа ][0,10\ {\ce {мс}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{211}_{83}Bi}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[99,73\%\alpha ][2,13\ {\ce {мин}}]{^{207}_{81}Tl}->[\beta ^{-}][4,77\ {\ce {мин}}]}}\\{\ce {->[0,27\%\бета ^{-}][2,13\ {\ce {мин}}]{^{211}_{84}Po}->[\альфа][0,516\ {\ce {с }}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{207}_{82}Pb_{(стабильный)}}}\end{array}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/da2e321e70c54cd68c88b0abb6a8286b29b18b5a)
{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link)