Urânio-235
A fissão de um átomo de urânio-235 liberta 202,5 MeV (3,24×10-11 J) dentro do reactor. Isso corresponde a 19,54 TJ/mol, ou 83,14 TJ/kg. Outro 8,8 MeV escapa do reator como anti-neutrinos. Quando 235
92U nuclídeos são bombardeados com nêutrons, uma das muitas reações de fissão que pode sofrer é a seguinte (mostrada na imagem ao lado):
0n + 235
92U → 141
56Ba + 92
36Kr + 3 1
0n
Reactores de água pesada e alguns reactores moderados de grafite podem usar urânio natural, mas os reactores de água leve devem usar urânio pouco enriquecido devido à maior absorção de neutrões da água leve. O enriquecimento do urânio remove parte do urânio-238 e aumenta a proporção de urânio-235. Urânio altamente enriquecido (HEU), que contém uma proporção ainda maior de urânio-235, é às vezes usado nos reatores de submarinos nucleares, reatores de pesquisa e armas nucleares.
Se pelo menos um nêutron de urânio-235 fissão atingir outro núcleo e causar a fissão, então a reação em cadeia continuará. Se a reação se sustentar, diz-se que é crítica, e a massa de 235U necessária para produzir a condição crítica é dita ser uma massa crítica. Uma reação crítica em cadeia pode ser alcançada em baixas concentrações de 235U se os nêutrons da fissão forem moderados para diminuir sua velocidade, uma vez que a probabilidade de fissão com nêutrons lentos é maior. Uma reação em cadeia de fissão produz fragmentos de massa intermediários que são altamente radioativos e produzem mais energia pelo seu decaimento radioativo. Alguns deles produzem nêutrons, chamados nêutrons atrasados, que contribuem para a reação em cadeia da fissão. A potência de saída dos reatores nucleares é ajustada pela localização de barras de controle contendo elementos que absorvem fortemente os nêutrons, por exemplo, boro, cádmio ou háfnio, no núcleo do reator. Em bombas nucleares, a reação é descontrolada e a grande quantidade de energia liberada cria uma explosão nuclear.
Armas nuclearesEditar
A bomba atômica do tipo Little Boy caiu em Hiroshima em 6 de agosto de 1945 foi feita de urânio altamente enriquecido com uma grande adulteração. A massa crítica esférica nominal para uma arma nuclear de 235U sem manipulação é de 56 kg, que formariam uma esfera de 17,32 centímetros de diâmetro. O material deve ser 85% ou mais de 235U e é conhecido como urânio de grau de armamento, embora para uma arma bruta e ineficiente um enriquecimento de 20% seja suficiente (chamado de arma(s) utilizável(eis)). Mesmo um enriquecimento menor pode ser usado, mas isso resulta em um rápido aumento da massa crítica necessária. O uso de uma grande manipulação, geometrias de implosão, tubos de gatilho, gatilhos de polônio, aumento do trítio e refletores de nêutrons pode permitir uma arma mais compacta e econômica usando um quarto ou menos da massa crítica nominal, embora isso provavelmente só seria possível em um país que já tivesse vasta experiência em engenharia de armas nucleares. A maioria dos projetos modernos de armas nucleares usa plutônio-239 como componente físsil do estágio primário; entretanto, o HEU (urânio altamente enriquecido, neste caso urânio que é 20% ou mais 235U) é freqüentemente usado no estágio secundário como um detonador para o combustível de fusão.
| Fonte | Energia média liberado |
|---|---|
| Energia libertada de forma instantânea | |
| Energia cinética dos fragmentos de fissão | 169.1 |
| Energia cinética de neutrões rápidos | 4.8 |
| Energia transportada pelo prompt γ-rays | 7.0 |
| Energia de produtos de fissão em decomposição | |
| Energia de β-partículas | 6,5 |
| Energia de raios atrasados γ-rays | 6.3 |
| Energia liberada quando aqueles neutrões que não (re)produzem fissão são capturados | 8.8 |
| Energia total convertida em calor num reactor nuclear térmico em funcionamento | 202.5 |
| Energia dos anti-neutrinos | 8,8 |
| Soma | 211,3 |