Urani-235

Uranium-235
Full table
Thông tin chung
Tên, ký hiệu	Uranium-235, 235U
Neutrons	143
Protons	92
Dữ liệu hạt nhân
Nguồn tự nhiên	0.72%
Chu kỳ bán rã	7.038·108năm
Các sản phẩm phân rã	Thorium-231
Khối lượng đồng vị	235.0439299(20) u
Spin	7/2-
Excess energy	40914.062 ± 1.970 keV
Năng lượng liên kết	1783870.285 ± 1.996 keV
Cơ chế phân rã	Năng lượng phân rã
SF	n/a MeV
Phân rã alpha	4.679 MeV

Urani 235 là đồng vị của Urani, chiếm 0,72% Urani tự nhiên, nguồn nguyên liệu trong việc sản xuất điện từ hạt nhân bằng phản ứng phân hạch hạt nhân. Urani-235 có chu kỳ bán rã 703,8 triệu năm. Nó được Arthur Jeffrey Dempster phát hiện năm 1935. Phân hạch neutron chậm của nó là 584,994 barn, neutron nhanh khoảng 1 barn.

Phân hạch

Lò phản ứng nước nặng và một số lò phản ứng làm chậm bằng than chì, có thể sử dụng urani tự nhiên, nhưng lò phản ứng nước nhẹ phải sử dụng uranium làm giàu thấp vì neutron cao hơn hấp thụ nước nhẹ. Làm giàu Uranium loại bỏ một số uranium-238 và tăng tỷ lệ uranium-235. Uranium được làm giàu cao (HEU), chứa tỷ lệ uranium-235 thậm chí còn lớn hơn, đôi khi được sử dụng trong tàu ngầm hạt nhân và vũ khí hạt nhân.

Nếu ít nhất một neutron từ phân hạch uranium-235 tấn công hạt nhân khác và khiến nó phân hạch, thì phản ứng dây chuyền sẽ tiếp tục. Nếu phản ứng sẽ tự duy trì, nó được gọi là quan trọng, và khối lượng của U-235 cần thiết để tạo ra tình trạng nguy kịch được cho là khối lượng tới hạn. Một phản ứng dây chuyền quan trọng có thể đạt được ở nồng độ thấp của U-235 nếu các neutron từ phân hạch là được kiểm duyệt để giảm tốc độ của chúng, vì xác suất phân hạch với neutron chậm lớn hơn. Phản ứng chuỗi phân hạch tạo ra mảnh khối có tính phóng xạ cao và tạo ra năng lượng hơn nữa bởi phân rã phóng xạ. Một số trong số chúng tạo ra neutron, được gọi là neutron trễ, góp phần vào phản ứng chuỗi phân hạch. Sản lượng điện của lò phản ứng hạt nhân được điều chỉnh bởi vị trí của thanh điều khiển có chứa các nguyên tố hấp thụ mạnh neutron, ví dụ: boron, cadmium hoặc hafnium, trong lõi lò phản ứng. Trong bom hạt nhân, phản ứng không được kiểm soát và lượng lớn năng lượng được giải phóng tạo ra vụ nổ hạt nhân

Vũ khí hạt nhân

Quả Little Boy loại bom nguyên tử thả xuống Hiroshima vào ngày 06 tháng 8 năm 1945 đã được thực hiện của uranium làm giàu cao với một lượng lớn làm xáo trộn. Khối lượng tới hạn hình cầu danh nghĩa đối với vũ khí hạt nhân ²³⁵ U không được điều khiển là 56 kg (123 lb), ^[4] một quả cầu có đường kính 17,32 cm (6,8 "). Vật liệu phải có từ 85% trở lên từ ²³⁵ U và được gọi là vũ khí cấp uranium, dù cho một thô, vũ khí hiệu quả 20% là đủ (gọi là vũ khí (s) -usable). Thậm chí làm giàu thấp hơn có thể được sử dụng, nhưng sau đó được yêu cầu khối lượng quan trọng nhanh chóng tăng lên. sử dụng một tamper lớn, nổ hình học, ống kích hoạt, kích hoạt polonium, tăng cường triti và phản xạ neutron có thể cho phép vũ khí nhỏ gọn hơn, kinh tế hơn bằng cách sử dụng một phần tư hoặc ít hơn khối lượng quan trọng danh nghĩa, mặc dù điều này chỉ có thể có ở một quốc gia có nhiều kinh nghiệm ở kỹ thuật vũ khí hạt nhân. Hầu hết các thiết kế vũ khí hạt nhân hiện đại sử dụng plutonium-239 làm thành phần phân hạch của giai đoạn chính, ^{[5] [6]} tuy nhiên HEU thường được sử dụng trong giai đoạn thứ cấp.

Chuỗi phân rã tự nhiên

${\displaystyle {\begin{array}{l}{\ce {^{235}_{92}U->[\alpha ][7.038\times 10^{8}\ {\ce {y}}]_{90}^{231}Th->[\beta ^{-}][25.52\ {\ce {h}}]_{91}^{231}Pa->[\alpha ][3.276\times 10^{4}\ {\ce {y}}]_{89}^{227}Ac}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[98.62\%\beta ^{-}][21.773\ {\ce {y}}]_{90}^{227}Th->[\alpha ][18.718\ {\ce {d}}]}}\\{\ce {->[1.38\%\alpha ][21.773\ y]_{87}^{223}Fr->[\beta ^{-}][21.8\ {\ce {min}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{223}_{88}Ra->[\alpha ][11,434\ {\ce {d}}]_{86}^{219}Rn}}\\{\ce {^{219}_{86}Rn->[\alpha ][3.96\ {\ce {s}}]_{84}^{215}Po->[\alpha ][1.778\ {\ce {ms}}]_{82}^{211}Pb->[\beta ^{-}][36.1\ {\ce {min}}]_{83}^{211}Bi}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[99.73\%\alpha ][2,13\ {\ce {min}}]_{81}^{207}Tl->[\beta ^{-}][4,77\ {\ce {min}}]}}\\{\ce {->[0,27\%\beta ^{-}][2,13\ {\ce {min}}]_{84}^{211}Po->[\alpha ][0,516\ {\ce {s}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{207}_{82}Pb_{(stable)}}}\end{array}}}$

Phân hạch

Phân hạch một nguyên tử U-235 tạo ra 202,5 MeV = 3,24 &lần; 10⁻¹¹ J, tương đương 19,54 TJ/mol, hay 83,14 TJ/kg. Năng lượng này gấp khoảng 2,5 triệu lần năng lượng phát sinh từ đốt than. Khi các hạt nhân ²³⁵
₉₂U bị bắn phá bằng neutron, một trong các phản ứng phân hạch sẽ trải qua các giai đoạn sau:

Sử dụng

Uranium-235 có nhiều ứng dụng như nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân và vũ khí hạt nhân như bom hạt nhân. Các ứng dụng khác bao gồm vệ tinh SNAP-10A ^[7] và vệ tinh RORSAT ^[8]. Các RBMK kiểu Nga phân hạch hạt nhân lò phản ứng, sử dụng trong Nhà máy điện hạt nhân Chernobyl, là một trong những thiết kế nhiều lò phản ứng điện sử dụng uranium làm giàu thấp.

Tham khảo