Uranio-235

admin 0 Comments Articles

Uranio-235

Fissione nucleare vista con un nucleo di uranio-235

La fissione di un atomo di uranio-235 libera 202,5 MeV (3,24×10-11 J) all’interno del reattore. Questo corrisponde a 19,54 TJ/mol, o 83,14 TJ/kg. Altri 8,8 MeV sfuggono dal reattore come anti-neutrini. Quando i nuclidi 235
92U sono bombardati con neutroni, una delle molte reazioni di fissione che possono subire è la seguente (mostrata nell’immagine accanto):

I reattori ad acqua pesante e alcuni reattori moderati a grafite possono usare uranio naturale, ma quelli ad acqua leggera devono usare uranio poco arricchito a causa del maggiore assorbimento di neutroni dell’acqua leggera. L’arricchimento dell’uranio rimuove parte dell’uranio-238 e aumenta la proporzione di uranio-235. L’uranio altamente arricchito (HEU), che contiene una proporzione ancora maggiore di uranio-235, è talvolta usato nei reattori dei sottomarini nucleari, nei reattori di ricerca e nelle armi nucleari.

Se almeno un neutrone dalla fissione dell’uranio-235 colpisce un altro nucleo e lo fa fissionare, allora la reazione a catena continuerà. Se la reazione continuerà da sola, si dice che è critica, e la massa di 235U richiesta per produrre la condizione critica è detta massa critica. Una reazione critica a catena può essere raggiunta a basse concentrazioni di 235U se i neutroni di fissione sono moderati per abbassare la loro velocità, poiché la probabilità di fissione con neutroni lenti è maggiore. Una reazione a catena di fissione produce frammenti di massa intermedia che sono altamente radioattivi e producono ulteriore energia con il loro decadimento radioattivo. Alcuni di essi producono neutroni, chiamati neutroni ritardati, che contribuiscono alla reazione a catena di fissione. La potenza di uscita dei reattori nucleari è regolata dalla posizione di barre di controllo contenenti elementi che assorbono fortemente i neutroni, ad esempio, boro, cadmio o afnio, nel nucleo del reattore. Nelle bombe nucleari, la reazione è incontrollata e la grande quantità di energia rilasciata crea un’esplosione nucleare.

Armi nucleariModifica

La bomba atomica tipo Little Boy, sganciata su Hiroshima il 6 agosto 1945, era fatta di uranio altamente arricchito con una grande manomissione. La massa critica sferica nominale per un’arma nucleare 235U non manomessa è di 56 chilogrammi (123 lb), che formerebbe una sfera di 17,32 centimetri (6,82 in) di diametro. Il materiale deve avere l’85% o più di 235U ed è noto come uranio di grado militare, anche se per un’arma rozza e inefficiente è sufficiente un arricchimento del 20% (chiamato arma(e) utilizzabile). Si può usare anche un arricchimento più basso, ma questo fa sì che la massa critica richiesta aumenti rapidamente. L’uso di un grande tamper, geometrie di implosione, tubi di innesco, inneschi al polonio, potenziamento del trizio, e riflettori di neutroni può consentire un’arma più compatta ed economica usando un quarto o meno della massa critica nominale, anche se questo sarebbe probabilmente possibile solo in un paese che ha già una vasta esperienza nella progettazione di armi nucleari. La maggior parte dei progetti di armi nucleari moderne usano il plutonio-239 come componente fissile dello stadio primario; tuttavia, l’HEU (uranio altamente arricchito, in questo caso l’uranio è al 20% o più di 235U) è spesso usato nello stadio secondario come accenditore per il combustibile di fusione.