Uraani-235

admin 0 Comments Articles

Uraani-235

Ydinfissio nähtynä uraani-235:n ytimellä

Yksittäisen uraani-235-atomin fissio vapauttaa reaktorin sisällä 202,5 MeV (3,24×10-11 J). Tämä vastaa 19,54 TJ/mol tai 83,14 TJ/kg. Toinen 8,8 MeV karkaa reaktorista antiineutriinoina. Kun 235
92U-nuklidia pommitetaan neutroneilla, yksi monista fissioreaktioista, joita se voi käydä läpi, on seuraava (näkyy viereisessä kuvassa):

Raskasvesireaktoreissa ja joissakin grafiittimoderoiduissa reaktoreissa voidaan käyttää luonnonuraania, mutta kevytvesireaktoreissa on käytettävä matalasti rikastettua uraania kevytveden suuremman neutroniabsorption vuoksi. Uraanin rikastaminen poistaa osan uraani-238:sta ja lisää uraani-235:n osuutta. Korkeasti rikastettua uraania (HEU), joka sisältää vielä enemmän uraani-235:tä, käytetään joskus ydinsukellusveneiden reaktoreissa, tutkimusreaktoreissa ja ydinaseissa.

Jos vähintään yksi uraani-235:n fissiosta peräisin oleva neutroni osuu toiseen ytimeen ja saa sen fissioitumaan, ketjureaktio jatkuu. Jos reaktio jatkuu, sen sanotaan olevan kriittinen, ja kriittisen tilan aikaansaamiseksi tarvittavaa 235U:n massaa sanotaan kriittiseksi massaksi. Kriittinen ketjureaktio voidaan saavuttaa pienillä 235U:n pitoisuuksilla, jos fissiosta peräisin olevia neutroneita hillitään niiden nopeuden alentamiseksi, koska todennäköisyys fissiolle hitaiden neutronien kanssa on suurempi. Fissioketjureaktiossa syntyy välimassan fragmentteja, jotka ovat erittäin radioaktiivisia ja tuottavat lisäenergiaa radioaktiivisen hajoamisensa kautta. Osa niistä tuottaa neutroneja, niin sanottuja viivästyneitä neutroneja, jotka osallistuvat fissioketjureaktioon. Ydinreaktorien tehoa säädetään sijoittamalla reaktorin ytimeen säätösauvoja, jotka sisältävät voimakkaasti neutroneita absorboivia alkuaineita, kuten booria, kadmiumia tai hafniumia. Ydinpommissa reaktio on hallitsematon, ja vapautuva suuri energiamäärä saa aikaan ydinräjähdyksen.

YdinaseetMuokkaa

Hiroshimaan 6. elokuuta 1945 pudotettu Little Boy -tyyppinen tykkityyppinen atomipommi valmistettiin korkeasti rikastetusta uraanista, jossa oli suuri tampperi. Peukaloimattoman 235U-ydinaseen nimellinen pallomainen kriittinen massa on 56 kilogrammaa (123 lb), joka muodostaisi halkaisijaltaan 17,32 senttimetriä (6,82 tuumaa) suuren pallon. Materiaalissa on oltava vähintään 85 prosenttia 235U:ta, ja sitä kutsutaan asekelpoiseksi uraaniksi, vaikka karkeaan ja tehottomaan aseeseen riittää 20 prosentin rikastusaste (jota kutsutaan asekelpoiseksi uraaniksi). Pienempääkin rikastusta voidaan käyttää, mutta tällöin tarvittava kriittinen massa kasvaa nopeasti. Suuren tamperin, implossiogeometrioiden, laukaisuputkien, poloniumlaukaisimien, tritiumin lisäyksen ja neutroniheijastimien käyttö voi mahdollistaa kompaktimman ja taloudellisemman aseen, jossa käytetään neljäsosa tai vähemmän nimelliskriittisestä massasta, mutta tämä olisi todennäköisesti mahdollista vain maassa, jolla on jo paljon kokemusta ydinaseiden suunnittelusta. Useimmissa nykyaikaisissa ydinasekonstruktioissa käytetään plutonium-239:ää ensiövaiheen fissiokomponenttina; sekundaarivaiheessa käytetään kuitenkin usein HEU:ta (korkeasti rikastettua uraania, tässä tapauksessa uraania, jossa on vähintään 20 prosenttia 235U:ta) fuusiopolttoaineen sytyttimenä.