22-08-2023
Уран-235 | |
---|---|
Общие сведения | |
Название, символ | Уран-235, 235U |
Альтернативные названия | актиноура́н, AcU |
Нейтронов | 143 |
Протонов | 92 |
Свойства нуклида | |
Атомная масса | 235,0439299(20)[1] а. е. м. |
Избыток массы | 40 920,5(18)[1] кэВ |
Удельная энергия связи (на нуклон) | 7 590,907(8)[1] кэВ |
Изотопная распространённость | 0,7200(51) %[2] |
Период полураспада | 7,04(1)·108[2] лет |
Продукты распада | 231Th |
Родительские изотопы | 235Pa (β−) 235Np (ε) 239Pu (α) |
Спин и чётность ядра | 7/2−[2] |
Канал распада | Энергия распада |
α-распад | 4,6783(7)[1] МэВ |
SF | |
20Ne, 25Ne, 28Mg |
Ура́н-235 (англ. uranium-235), историческое название актиноура́н (лат. Actin Uranium, обозначается символом AcU) — радиоактивный нуклид химического элемента урана с атомным номером 92 и массовым числом 235. Изотопная распространённость урана-235 в природе составляет 0,7200(51) %[2]. Является родоначальником радиоактивного семейства 4n+3, называемого рядом актиния. Открыт в 1935 году Артуром Демпстером (англ. Arthur Jeffrey Dempster)[3][4].
В отличие от другого, наиболее распространенного изотопа урана 238U, в 235U возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии.
Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 80 кБк.
Содержание |
Уран-235 образуется в результате следующих распадов:
Распад урана-235 происходит по следующим направлениям:
В начале 1930-х гг. Энрико Ферми проводил облучение урана нейтронами, преследуя цель получить таким образом трансурановые элементы. Но в 1939 г. О. Ган и Ф. Штрассман смогли показать, что при поглощении нейтрона ядром урана происходит вынужденная реакция деления. Как правило, ядро делится на два осколка, при этом высвобождается 2-3 нейтрона (см. схему)[5].
В продуктах деления урана-235 было обнаружено около 300 изотопов различных элементов: от Z=30 (цинк) до Z=64 (гадолиний). Кривая зависимости относительного выхода изотопов, образующихся при облучении урана-235 медленными нейтронами, от массового числа — симметрична и по форме напоминает букву «M». Два выраженных максимума этой кривой соответствуют массовым числам 95 и 134, а минимум приходится на диапазон массовых чисел от 110 до 125. Таким образом, деление урана на осколки равной массы (с массовыми числами 115—119) происходит с меньшей вероятностью, чем асимметричное деление[5], такая тенденция наблюдается у всех делящихся изотопов и не связана с какими-то индивидуальными свойствами ядер или частиц, а присуща самому механизму деления ядра. Однако асимметрия уменьшается при увеличении энергии возбуждения делящегося ядра и при энергии нейтрона более 100 МэВ распределение осколков деления по массам имеет один максимум, соответствующий симметричному делению ядра.
Осколки, образующиеся при делении ядра урана, в свою очередь являются радиоактивными, и подвергаются цепочке β−-распадов, при которых постепенно в течение длительного времени выделяется дополнительная энергия. Средняя энергия, выделяющаяся при распаде одного ядра урана-235 с учётом распада осколков, составляет приблизительно 202,5 МэВ = 3,244·10−11 Дж, или 19,54 ТДж/моль = 83,14 ТДж/кг[6].
Деление ядер — лишь один из множества процессов, возможных при взаимодействии нейтронов с ядрами, именно он лежит в основе работы любого ядерного реактора[7].
При распаде одного ядра 235U обычно испускается 2-3 нейтрона (в среднем за акт деления возникает 2.5 свободных нейтрона). Каждый нейтрон, образовавшийся при распаде ядра 235U, при попадании в другое ядро 235U может вызвать новый акт распада, это явление называется цепной ядерной реакцией.
Гипотетически, количество нейтронов после второго этапа распада ядер может превышать 3² = 9. С каждым последующим этапом количество образующихся нейтронов может нарастать лавинообразно. В реальных условиях, свободные нейтроны могут не порождать новый акт деления, покидая образец до захвата 235U или будучи захвачены иными материалами (например 238U).
Если в среднем каждый акт деления порождает один новый акт деления, то реакция становится самоподдерживающейся и это состояние называется критическим . (см. также Коэффициент_размножения_нейтронов)
В реальных условиях достичь критического состояния урана не так просто, ведь на протекание реакции влияет ряд факторов. Например, природный уран лишь на 0,72 % состоит из 235U, 99,2745 % составляет 238U[2], который поглощает нейтроны, образующиеся при делении ядер 235U. Кроме того, при распаде 235U образуются быстрые нейтроны, в силу особенностей соотношения сечений захвата 235U и 238U, при снижении скорости свободных нейтронов(образовании тепловых нейтронов) - реактивность материала возрастает. Это приводит к тому, что в природном уране в настоящее время цепная реакция очень быстро затухает. Осуществить незатухающую цепную реакцию можно несколькими основными путями[5]:
Известен единственный изомер 235Um со следующими характеристиками[2]:
Распад изомерного состояния осуществляется путём изомерного перехода в основное состояние.
Легче: уран-234 |
Уран-235 является изотопом урана |
Тяжелее: уран-236 |
Изотопы элементов · Таблица нуклидов |
Уран-235.