Uran-235

admin 0 Comments Articles

Uran-235

Rozszczepienie jądra atomowego widziane na przykładzie jądra uranu-235

Rozszczepienie jednego atomu uranu-235 uwalnia 202,5 MeV (3,24×10-11 J) wewnątrz reaktora. Odpowiada to 19,54 TJ/mol, czyli 83,14 TJ/kg. Kolejne 8,8 MeV ucieka z reaktora w postaci antyneutrin. Gdy nuklid 235
92U jest bombardowany neutronami, jedną z wielu reakcji rozszczepienia, którym może ulec, jest następująca reakcja (pokazana na sąsiednim rysunku):

Reaktory ciężkowodne i niektóre reaktory moderowane grafitem mogą używać naturalnego uranu, ale reaktory lekkowodne muszą używać nisko wzbogaconego uranu ze względu na wyższą absorpcję neutronów przez lekką wodę. Wzbogacanie uranu usuwa część uranu-238 i zwiększa udział uranu-235. Wysoko wzbogacony uran (HEU), który zawiera jeszcze większą ilość uranu-235, jest czasami stosowany w reaktorach atomowych łodzi podwodnych, reaktorach badawczych i broni jądrowej.

Jeśli przynajmniej jeden neutron z rozszczepienia uranu-235 uderzy w inne jądro i spowoduje jego rozszczepienie, to reakcja łańcuchowa będzie kontynuowana. Jeżeli reakcja będzie się utrzymywać, to mówi się, że jest krytyczna, a masę 235U wymaganą do wytworzenia stanu krytycznego określa się jako masę krytyczną. Krytyczna reakcja łańcuchowa może być osiągnięta przy niskich stężeniach 235U, jeżeli neutrony pochodzące z rozszczepienia są moderowane w celu zmniejszenia ich prędkości, ponieważ prawdopodobieństwo rozszczepienia przy powolnych neutronach jest większe. W wyniku reakcji łańcuchowej rozszczepienia powstają fragmenty o pośredniej masie, które są silnie promieniotwórcze i w wyniku rozpadu promieniotwórczego produkują dalszą energię. Niektóre z nich wytwarzają neutrony, zwane neutronami opóźnionymi, które biorą udział w reakcji łańcuchowej rozszczepienia. Moc wyjściowa reaktorów jądrowych jest regulowana przez rozmieszczenie w rdzeniu reaktora prętów kontrolnych zawierających pierwiastki silnie pochłaniające neutrony, np. bor, kadm lub hafn. W bombach jądrowych reakcja jest niekontrolowana, a duża ilość uwolnionej energii powoduje wybuch jądrowy.

Broń jądrowaEdit

Bomba atomowa typu Little Boy zrzucona na Hiroszimę 6 sierpnia 1945 r. była wykonana z wysoko wzbogaconego uranu z dużym tamperem. Nominalna sferyczna masa krytyczna dla nie naruszonej broni jądrowej 235U wynosi 56 kilogramów (123 lb), co utworzyłoby kulę o średnicy 17,32 centymetrów (6,82 in). Materiał musi zawierać 85% lub więcej 235U i jest znany jako uran klasy wojskowej, choć dla prymitywnej i nieefektywnej broni wystarczające jest 20% wzbogacenie (nazywane weapon(s)-usable). Można stosować jeszcze niższe wzbogacenie, ale powoduje to gwałtowny wzrost wymaganej masy krytycznej. Zastosowanie dużego tampera, geometrii implozji, rur spustowych, wyzwalaczy polonowych, wzmacniaczy trytowych i reflektorów neutronowych może umożliwić stworzenie bardziej zwartej, ekonomicznej broni wykorzystującej jedną czwartą lub mniej nominalnej masy krytycznej, choć byłoby to możliwe tylko w kraju, który ma już duże doświadczenie w konstruowaniu broni jądrowej. Większość nowoczesnych konstrukcji broni jądrowej wykorzystuje pluton-239 jako składnik rozszczepialny w stopniu podstawowym; jednakże HEU (wysoko wzbogacony uran, w tym przypadku uran zawierający 20% lub więcej 235U) jest często wykorzystywany w stopniu wtórnym jako zapłonnik dla paliwa fuzyjnego.

.