Уран-235 | |
---|---|
Металічний уран, збагачений ураном-235 | |
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 (радіоактивного сімейства) 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):
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
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. — 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. — 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
Uran 235Metalichnij uran zbagachenij uranom 235 Tablicya izotopivZagalni vidomostiNazva simvol aktinoura n AcU 235UNejtroniv 143Protoniv 92Vlastivosti izotopuPrirodna koncentraciya 0 7200 51 Period napivrozpadu 7 04 1 108 rokivBatkivski izotopi 239PuProdukti rozpadu 231ThAtomna masa 235 0439299 20 a o mSpin 7 2 Defekt masi 40 920 5 18 keVKanal rozpadu Energiya rozpadua rozpad 4 6783 7 MeVSF20 Ne 25 Ne 28 Mg Uran 235 lat Uranium 235 235 U istorichna nazva aktinoura n lat Actin Uranium poznachayetsya simvolom AcU izotop uranu z masovim chislom 235 Izotopna poshirenist uranu 235 v prirodi skladaye 0 7200 51 Ye rodonachalnikom radioaktivnogo simejstva 4n 3 yakij nazivayetsya ryadom aktiniyu Vidkritij u 1935 roci en angl Arthur Jeffrey Dempster Diagrama atoma U 235 iz 92 protonami 143 nejtronami ta 92 elektronami Na vidminu vid inshogo najbilsh poshirenogo izotopu uranu 238 U v 235 U mozhliva samopidtrimuvana lancyugova yaderna reakciya Tomu cej izotop vikoristovuyetsya yak palivo v yadernih reaktorah a takozh v yadernij zbroyi Ce yedinij rozsheplyuvalnij izotop sho prisutnij v prirodi u nevelikij kilkosti Aktivnist odnogo gramu danogo nuklidu stanovit priblizno 80 kBk Utvorennya i rozpadUran 235 utvoryuyetsya v rezultati nastupnih rozpadiv b rozpad nuklidu 235 Pa period napivrozpadu skladaye 24 44 11 hv 91235Pa 92235U e n e displaystyle mathrm 235 91 Pa rightarrow mathrm 235 92 U e bar nu e K zahvat zdijsnyuvanij nuklidom 235 Np period napivrozpadu skladaye 396 1 12 dniv 93235Np e 92235U n e displaystyle mathrm 235 93 Np e rightarrow mathrm 235 92 U bar nu e a rozpad nuklidu 239 Pu period napivrozpadu skladaye 2 411 3 104 rokiv 94239Pu 92235U 24He displaystyle mathrm 239 94 Pu rightarrow mathrm 235 92 U mathrm 4 2 He Rozpad uranu 235 vidbuvayetsya za nastupnimi napryamkami a rozpad v 231 Th jmovirnist 100 energiya rozpadu 4 678 3 7 keV 92235U 90231Th 24He displaystyle mathrm 235 92 U rightarrow mathrm 231 90 Th mathrm 4 2 He Spontannij podil jmovirnist 7 2 10 9 Klasternij rozpad z utvorennyam nuklidiv 20 Ne 25 Ne i inshi movi jmovirnosti vidpovidno skladayut 8 4 10 10 8 10 10 8 10 10 92235U 82215Pb 1020Ne displaystyle mathrm 235 92 U rightarrow mathrm 215 82 Pb mathrm 20 10 Ne 92235U 82210Pb 1025Ne displaystyle mathrm 235 92 U rightarrow mathrm 210 82 Pb mathrm 25 10 Ne 92235U 80207Hg 1228Mg displaystyle mathrm 235 92 U rightarrow mathrm 207 80 Hg mathrm 28 12 Mg Vimushenij podilDokladnishe Podil yadra Odin z variantiv vimushenogo podilu uranu 235 pislya poglinannya nejtrona shema Na pochatku 1930 h rr Enriko Fermi provodiv oprominennya uranu nejtronami namagayuchis otrimati takim sposobom transuranovi elementi Ale v 1939 r O Gan i F Shtrasman zmogli pokazati sho pri poglinanni nejtrona yadrom uranu vidbuvayetsya vimushena reakciya podilu Yak pravilo yadro dilitsya na dva ulamki pri comu vivilnyayetsya 2 3 nejtrona div shemu V produktah podilu uranu 235 bulo viyavleno blizko 300 izotopiv riznih elementiv vid Z 30 cink do Z 64 gadolinij Kriva zalezhnosti vidnosnogo vihodu izotopiv sho utvoryuyutsya pri oprominenni uranu 235 povilnimi nejtronami vid masovogo chisla simetrichna i za formoyu nagaduye bukvu M Dva virazhenih maksimumi ciyeyi krivoyi vidpovidayut masovim chislam 95 i 134 a minimum pripadaye na diapazon masovih chisel vid 110 do 125 Takim chinom podil uranu na oskolki rivnoyi masi z masovimi chislami 115 119 vidbuvayetsya z menshoyu jmovirnistyu nizh asimetrichnij podil taka tendenciya sposterigayetsya u vsih izotopiv sho dilyatsya i ne pov yazana z yakimi nebud individualnimi vlastivostyami yader abo chastinok a vlastiva samomu mehanizmu podilu yadra Odnak asimetriya zmenshuyetsya pri zbilshenni energiyi zbudzhennya yadra yake dilitsya i pri energiyi nejtrona ponad 100 MeV rozpodil oskolkiv podilu za masami maye odin maksimum sho vidpovidaye simetrichnomu podilu yadra Oskolki sho utvoryuyutsya pri podili yadra uranu v svoyu chergu ye radioaktivnimi i zaznayut ryadu b rozpadiv pri yakih postupovo protyagom trivalogo chasu vidilyayetsya dodatkova energiya Serednya energiya yaka vidilyayetsya pri rozpadi odnogo yadra uranu 235 z vrahuvannyam rozpadiv oskolkiv stanovit priblizno 202 5 MeV 3 244 10 11 Dzh abo 19 54 TDzh mol 83 14 TDzh kg Podil yader lishe odin z bagatoh procesiv mozhlivih pri vzayemodiyi nejtroniv z yadrami same vin lezhit v osnovi roboti bud yakogo yadernogo reaktora Lancyugova yaderna reakciyaDokladnishe Lancyugova yaderna reakciya Pri rozpadi odnogo yadra 235 U zazvichaj vipuskayetsya vid 1 do 8 v serednomu 2 5 vilnih nejtroniv Kozhen nejtron sho utvorivsya pri rozpadi yadra 235 U za umovi vzayemodiyi z inshim yadrom 235 U mozhe viklikati novij akt rozpadu ce yavishe nazivayetsya lancyugovoyu reakciyeyu podilu yadra Gipotetichno kilkist nejtroniv drugogo pokolinnya pislya drugogo etapu rozpadu yader mozhe perevishuvati 3 9 Z kozhnim nastupnim etapom reakciyi podilu kilkist utvorenih nejtroniv mozhe narostati lavinopodibno V realnih umovah vilni nejtroni mozhut ne porodzhuvati novij akt podilu pokidayuchi zrazok do zahoplennya 235 U abo buduchi zahoplenimi yak samim izotopom 235 U z peretvorennyam jogo v 236 U tak i inshimi materialami napriklad 238 U abo utvorenimi ulamkami podilu yader takimi yak inshi movi abo inshi movi Yaksho v serednomu kozhen akt podilu porodzhuye she odin novij akt podilu to reakciya staye samopidtrimuvanoyu cej stan nazivayetsya kritichnim div takozh Koeficiyent rozmnozhennya nejtroniv V realnih umovah dosyagti kritichnogo stanu uranu ne tak prosto oskilki na protikannya reakciyi vplivaye ryad faktoriv Napriklad prirodnij uran lishe na 0 72 skladayetsya z 235 U 99 2745 skladaye 238 U yakij poglinaye nejtroni sho utvoryuyutsya pri podili yader 235 U Ce prizvodit do togo sho v prirodnomu urani v danij chas lancyugova reakciya podilu duzhe shvidko zatuhaye Zdijsniti nezatuhayuchu lancyugovu reakciyu podilu mozhna dekilkoma osnovnimi shlyahami Zbilshiti ob yem zrazka dlya vidilenogo z rudi uranu mozhlive dosyagnennya kritichnoyi masi za rahunok zbilshennya ob yemu Zdijsniti rozdilennya izotopiv pidvishuyuchi koncentraciyu 235 U u zrazku Zmenshiti vtratu vilnih nejtroniv cherez poverhnyu vzircya z dopomogoyu zastosuvannya riznih vidbivachiv Vikoristovuvati rechovinu spovilnyuvach nejtroniv dlya pidvishennya koncentraciyi teplovih nejtroniv IzomeriVidomij yedinij izomer 235 U m z nastupnimi harakteristikami Nadlishok masi 40 920 6 1 8 keV Energiya zbudzhennya 76 5 4 eV Period napivrozpadu 26 hv Spin i parnist yadra 1 2 Rozpad izomernogo stanu zdijsnyuyetsya shlyahom izomernogo perehodu v osnovnij stan ZastosuvannyaUran 235 vikoristovuyetsya yak palivo dlya yadernih reaktoriv v yakih zdijsnyuyetsya kerovana lancyugova yaderna reakciya podilu Uran z visokim stupenem zbagachennya zastosovuyetsya dlya stvorennya yadernoyi zbroyi V comu vipadku dlya vivilnennya velikoyi kilkosti energiyi vibuhu vikoristovuyetsya nekerovana lancyugova yaderna reakciya Div takozhZbagachennya uranu TVEL Podil yadra Izotopi uranu Rozdilennya izotopivPrimitkiAudi G Bersillon O Blachot J Wapstra A H The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties 2003 Vol 729 P 3 128 Bibcode 2003NuPhA 729 3A DOI 10 1016 j nuclphysa 2003 11 001 angl Audi G Wapstra A H Thibault C The AME2003 atomic mass evaluation II Tables graphs and references 2003 Vol 729 P 337 676 Bibcode 2003NuPhA 729 337A DOI 10 1016 j nuclphysa 2003 11 003 angl Gofman K Mozhno li sdelat zoloto 2 e izd ster L Himiya 1987 S 130 50 000 prim ros Today in science history 13 chervnya 2002 u Wayback Machine angl Fialkov Yu Ya Primenenie izotopov v himii i himicheskoj promyshlennosti Kiev Tehnika 1975 S 87 2 000 prim ros Table of Physical and Chemical Constants Sec 4 7 1 Nuclear Fission Kaye amp Laby Online Arhiv originalu za 8 kvitnya 2012 Procitovano 4 serpnya 2015 angl Bartolomej G G Bajbakov V D Alhutov M S Bat G A Osnovy teorii i metody rascheta yadernyh energeticheskih reaktorov M Energoatomizdat 1982 S 512 ros