Уран-235 | |
---|---|
Металічний уран, збагачений ураном-235 (Таблиця ізотопів) | |
Загальні відомості | |
Назва, символ | актиноура́н, AcU,235U |
(Нейтронів) | 143 |
(Протонів) | 92 |
Властивості ізотопу | |
(Природна концентрація) | 0,7200(51) % |
(Період напіврозпаду) | 7,04(1)× 108 років |
(Батьківські ізотопи) |
|
Продукти розпаду | 231Th |
(Атомна маса) | 235,0439299(20)(а.о.м) |
(Спін) | 7/2− |
(Дефект маси) | 40 920,5(18)(кеВ) |
Канал розпаду | Енергія розпаду |
(α-розпад) | 4,6783(7)(МеВ) |
(SF) | |
20Ne, 25Ne, 28Mg |
Уран 235 (лат. Uranium-235, 235U), історична назва актиноура́н (лат. Actin Uranium, позначається символом AcU) — ізотоп урану з (масовим числом) 235. (Ізотопна поширеність) урану-235 в природі складає 0,7200(51) %. Є родоначальником 4n+3, який називається рядом актинію. Відкритий у 1935 році [en] (англ. Arthur Jeffrey Dempster).
На відміну від іншого, найбільш поширеного ізотопу урану 238U, в 235U можлива самопідтримувана (ланцюгова ядерна реакція). Тому цей ізотоп використовується як паливо в (ядерних реакторах), а також в ядерній зброї. Це єдиний розщеплювальний ізотоп, що присутній в природі у невеликій кількості.
(Активність) одного граму даного нукліду становить приблизно 80 (кБк).
Утворення і розпад
Уран-235 утворюється в результаті наступних розпадів:
- β−-розпад нукліду 235Pa ((період напіврозпаду) складає 24,44(11) хв):
- (K-захват), здійснюваний нуклідом 235Np (період напіврозпаду складає 396,1(12) днів):
- (α-розпад) нукліду 239Pu (період напіврозпаду складає 2,411(3)× 104 років):
Розпад урану-235 відбувається за наступними напрямками:
- (α-розпад) в 231Th (ймовірність 100 %, енергія розпаду 4 678,3(7) кеВ):
- (Спонтанний поділ) (ймовірність 7(2)× 10−9 %);
- (Кластерний розпад) з утворенням нуклідів 20Ne , 25Ne і (ймовірності відповідно складають 8(4)× 10−10 %, 8× 10−10 %, 8× 10−10 %):
Вимушений поділ
На початку 1930-х рр. (Енріко Фермі) проводив опромінення урану (нейтронами), намагаючись отримати таким способом трансуранові елементи. Але в 1939 р. (О. Ган) і (Ф. Штрасман) змогли показати, що при поглинанні нейтрона ядром урану відбувається вимушена реакція поділу. Як правило, ядро ділиться на два уламки, при цьому вивільняється 2-3 нейтрона (див. схему).
В продуктах поділу урану-235 було виявлено близько 300 ізотопів різних елементів: від (Z)=30 ((цинк)) до Z=64 ((гадоліній)). Крива залежності відносного виходу ізотопів, що утворюються при опроміненні урану-235 повільними нейтронами, від масового числа — симетрична і за формою нагадує букву «M». Два виражених максимуми цієї кривої відповідають (масовим числам) 95 і 134, а мінімум припадає на діапазон масових чисел від 110 до 125. Таким чином, поділ урану на осколки рівної маси (з масовими числами 115-119) відбувається з меншою ймовірністю, ніж асиметричний поділ, така тенденція спостерігається у всіх ізотопів, що діляться, і не пов'язана з якими-небудь індивідуальними властивостями ядер або частинок, а властива самому механізму поділу ядра. Однак асиметрія зменшується при збільшенні енергії збудження ядра, яке ділиться, і при енергії нейтрона понад 100 (МеВ) розподіл осколків поділу за масами має один максимум, що відповідає симетричному поділу ядра.
Осколки, що утворюються при поділі ядра урану, в свою чергу є радіоактивними, і зазнають ряду β−-розпадів, при яких поступово протягом тривалого часу виділяється додаткова енергія. Середня енергія, яка виділяється при розпаді одного ядра урану-235 з врахуванням розпадів осколків, становить приблизно 202,5 МеВ = 3,244× 10−11 (Дж), або 19,54 ТДж/(моль) = 83,14 ТДж/кг.
Поділ ядер — лише один з багатьох процесів, можливих при взаємодії нейтронів з ядрами, саме він лежить в основі роботи будь-якого (ядерного реактора).
Ланцюгова ядерна реакція
При розпаді одного ядра 235U зазвичай випускається від 1 до 8 (в середньому — 2.5) вільних нейтронів. Кожен нейтрон, що утворився при розпаді ядра 235U, за умови взаємодії з іншим ядром 235U, може викликати новий акт розпаду, це явище називається (ланцюговою реакцією поділу ядра).
Гіпотетично, кількість нейтронів другого покоління (після другого етапу розпаду ядер) може перевищувати 3² = 9. З кожним наступним етапом реакції поділу кількість утворених нейтронів може наростати лавиноподібно. В реальних умовах вільні нейтрони можуть не породжувати новий акт поділу, покидаючи зразок до захоплення 235U, або будучи захопленими як самим ізотопом 235U з перетворенням його в 236U, так і іншими матеріалами (наприклад, 238U, або утвореними уламками поділу ядер, такими як або ).
Якщо в середньому кожен акт поділу породжує ще один новий акт поділу, то реакція стає самопідтримуваною; цей стан називається (критичним) (див. також (Коефіцієнт розмноження нейтронів)).
В реальних умовах досягти критичного стану урану не так просто, оскільки на протікання реакції впливає ряд факторів. Наприклад, природний уран лише на 0,72 % складається з 235U, 99,2745 % складає 238U, який поглинає нейтрони, що утворюються при поділі ядер 235U. Це призводить до того, що в природному урані в даний час ланцюгова реакція поділу дуже швидко затухає. Здійснити незатухаючу ланцюгову реакцію поділу можна декількома основними шляхами:
- Збільшити об'єм зразка (для виділеного з руди урану можливе досягнення (критичної маси) за рахунок збільшення об'єму);
- Здійснити (розділення ізотопів), підвищуючи концентрацію 235U у зразку;
- Зменшити втрату вільних нейтронів через поверхню взірця з допомогою застосування різних (відбивачів);
- Використовувати речовину — (сповільнювач нейтронів) для підвищення концентрації (теплових нейтронів).
Ізомери
Відомий єдиний (ізомер) 235Um з наступними характеристиками:
- Надлишок маси: 40 920,6(1,8) кеВ
- Енергія збудження: 76,5(4) еВ
- Період напіврозпаду: 26 хв
- (Спін) і парність ядра: 1/2+
Розпад ізомерного стану здійснюється шляхом (ізомерного переходу) в основний стан.
Застосування
- Уран-235 використовується як паливо для (ядерних реакторів), в яких здійснюється керована ланцюгова ядерна реакція поділу;
- Уран з високим ступенем (збагачення) застосовується для створення ядерної зброї. В цьому випадку для вивільнення великої кількості енергії (вибуху) використовується некерована ланцюгова ядерна реакція.
Див. також
- (Збагачення урану)
- (ТВЕЛ)
- (Поділ ядра)
- (Ізотопи урану)
- (Розділення ізотопів)
Примітки
- Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // . — 2003. — Vol. 729. — P. 3–128. — (Bibcode): . — (DOI): .(англ.)
- Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references. // . — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — (Bibcode): . — (DOI): .(англ.)
- Гофман К. Можно ли сделать золото?. — 2-е изд. стер. — Л. : Химия, 1987. — С. 130. — 232 с. — 50 000 прим.(рос.)
- Today in science history [ 13 червня 2002 у Wayback Machine.](англ.)
- Фиалков Ю. Я. Применение изотопов в химии и химической промышленности. — Киев : Техніка, 1975. — С. 87. — 240 с. — 2 000 прим.(рос.)
- Table of Physical and Chemical Constants, Sec 4.7.1: Nuclear Fission. Kaye & Laby Online. Архів оригіналу за 8 квітня 2012. Процитовано 4 серпня 2015.(англ.)
- Бартоломей Г. Г., Байбаков В. Д., Алхутов М. С., Бать Г. А. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов. — М. : Энергоатомиздат, 1982. — С. 512.(рос.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет