Mở trình đơn chính
Uranium-235
Viên nguyên liệu hạt nhân đã gia công và một cần nguyên liệu.
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 7.038·108 năm
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% Unrani 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 nơtron chậm của nó là 584,994 barn, nơtron nhanh khoảng 1 barn.[1]

Phân hạchSửa đổi

<centre> 10 n + 23592U14156 Ba + 9236 Kr + 3 10 n </ centre>

Lò phản ứng nước nặng và một số lò phản ứng được điều chế 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 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 nhânSửa đổi

Quả Little Boy loại bom nguyên tử thả xuống Hiroshima vào ngày 06 tháng tám năm 1945 đã được thực hiện của uranium làm giàu cao với một 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, nổhình 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.

Nguồn năng lượng Năng lượng phát ra trung bình [MeV][2]
Năng lượng được giải phóng tức thời
Động năng của các mảnh phân hạch 169.1
Động năng của neutron kịp thời 4.8
Năng lượng mang theo bởi tia rays 7.0
Năng lượng từ các sản phẩm phân hạch
Năng lượng của các hạt β− 6.5
Năng lượng của tia bị trì hoãn 6.3
Năng lượng được giải phóng khi những neutron kịp thời không tạo ra phân hạch được thu lại 8.8
Tổng năng lượng chuyển thành nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân nhiệt hoạt động 202.5
Năng lượng phản neutrons 8.8
Tổng 211.3

Chuỗi phân rã tự nhiênSửa đổi

 

Phân hạchSửa đổi

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.[3] Năng lượng này gấp khoảng 2,5 triệu lần năng lượng phát sinh từ đốt than.[4] Khi các hạt nhân 23592U bị bắn phá bằng neutron, một trong các phản ứng phân hạch sẽ trải qua các giai đoạn sau:

10n + 23592U14156Ba + 9236Kr + 3 10n

Sử dụngSửa đổi

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 khảoSửa đổi

  1. ^ "Some Physics of Uranium", UIC.com.au tại Wayback Machine (lưu trữ ngày 17 tháng 7 năm 2007)
  2. ^ Lỗi chú thích: Thẻ <ref> sai; không có nội dung trong thẻ ref có tên kayelaby5
  3. ^ Nuclear fission and fusion, and neutron interactions, National Physical Laboratory.
  4. ^ Energy Content in Common Energy Sources, EngineeringToolBox.com.