Uran-235

admin 0 Comments Articles

Uran-235

Kärnklyvning sett med en uran-235-kärna

Klyvningen av en atom av uran-235 frigör 202,5 MeV (3,24×10-11 J) i reaktorn. Det motsvarar 19,54 TJ/mol eller 83,14 TJ/kg. Ytterligare 8,8 MeV lämnar reaktorn som anti-neutrinos. När 235
92U-nuklider bombarderas med neutroner är en av de många klyvningsreaktioner som den kan genomgå följande (visas i bilden intill):

Tunga vattenreaktorer och vissa grafitmodererade reaktorer kan använda naturligt uran, men lättvattenreaktorer måste använda lågt anrikat uran på grund av det lätta vattnets högre neutronabsorption. Urananrikning tar bort en del av uran-238 och ökar andelen uran-235. Höganrikat uran (HEU), som innehåller en ännu större andel uran-235, används ibland i reaktorerna i atomubåtar, forskningsreaktorer och kärnvapen.

Om minst en neutron från klyvningen av uran-235 träffar en annan kärna och får den att klyvas, fortsätter kedjereaktionen. Om reaktionen kommer att hålla i sig själv sägs den vara kritisk, och den massa 235U som krävs för att åstadkomma det kritiska tillståndet sägs vara en kritisk massa. En kritisk kedjereaktion kan uppnås vid låga koncentrationer av 235U om neutronerna från klyvningen modereras för att sänka deras hastighet, eftersom sannolikheten för klyvning med långsamma neutroner är större. En kedjereaktion av fission ger upphov till fragment med intermediär massa som är högradioaktiva och producerar ytterligare energi genom sitt radioaktiva sönderfall. En del av dem producerar neutroner, så kallade fördröjda neutroner, som bidrar till fissionskedjereaktionen. Kärnreaktorers effektutgång justeras genom placeringen av styrstavar som innehåller element som starkt absorberar neutroner, t.ex. bor, kadmium eller hafnium, i reaktorhärden. I atombomber är reaktionen okontrollerad och den stora mängd energi som frigörs skapar en kärnexplosion.

KärnvapenRedigera

Atombomben av typen Little Boy gun som fälldes över Hiroshima den 6 augusti 1945 var tillverkad av högt anrikat uran med en stor tamper. Den nominella sfäriska kritiska massan för ett oförädlat 235U-kärnvapen är 56 kilogram (123 lb), vilket skulle bilda en sfär med en diameter på 17,32 centimeter (6,82 tum). Materialet måste innehålla 85 % eller mer 235U och är känt som vapenklassat uran, även om det för ett grovt och ineffektivt vapen räcker med 20 % anrikning (kallas vapen(s)-användbart). Ännu lägre anrikning kan användas, men detta leder till att den nödvändiga kritiska massan snabbt ökar. Användning av en stor tamper, implosionsgeometrier, utlösarrör, poloniumutlösare, tritiumförstärkning och neutronreflektorer kan möjliggöra ett mer kompakt och ekonomiskt vapen som använder en fjärdedel eller mindre av den nominella kritiska massan, även om detta troligen endast skulle vara möjligt i ett land som redan har stor erfarenhet av att konstruera kärnvapen. De flesta moderna kärnvapenkonstruktioner använder plutonium-239 som klyvbar komponent i det primära steget, men HEU (höganrikat uran, i det här fallet uran som innehåller 20 % eller mer 235U) används ofta i det sekundära steget som tändare för fusionsbränslet.