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) %. Является родоначальником 4n+3, называемого рядом актиния. Открыт в 1935 году в США (Артуром Демпстером) (англ. Arthur Jeffrey Dempster).
Уран-235 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() | |||||||||
Название, символ | Уран-235, 235U | ||||||||
Альтернативные названия | актиноура́н, AcU | ||||||||
Нейтронов | 143 | ||||||||
Свойства нуклида | |||||||||
Атомная масса | 235,0439299(20) а. е. м. | ||||||||
(Дефект массы) | 40 920,5(18) к(эВ) | ||||||||
Удельная энергия связи (на нуклон) | 7 590,907(8) кэВ | ||||||||
Изотопная распространённость | 0,7200(51) % | ||||||||
Период полураспада | 7,04(1)⋅108 лет | ||||||||
Продукты распада | 231Th | ||||||||
Родительские изотопы | (β−) ((ε)) 239Pu (α) | ||||||||
Спин и чётность ядра | 7/2− | ||||||||
| |||||||||
Таблица нуклидов | |||||||||
![]() |
В отличие от другого, наиболее распространённого 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 данного нуклида составляет приблизительно 80 кБк.
Именно этот изотоп использовался в бомбе «(Малыш)» при ядерной бомбардировке Хиросимы.
Образование и распад
Уран-235 образуется в результате следующих распадов:
- β−-распад нуклида 235Pa (период полураспада составляет 24,44(11) мин):
- (K-захват), осуществляемый нуклидом (период полураспада составляет 396,1(12) дня):
Распад урана-235 происходит по следующим направлениям:
- α-распад в 231Th (вероятность 100 %, энергия распада 4 678,3(7) кэВ):
- (Спонтанное деление) (вероятность 7(2)⋅10−9 %);
- (Кластерный распад) с образованием нуклидов 20Ne, и (вероятности соответственно составляют 8(4)⋅10−10 %, 8⋅10−10 %, 8⋅10−10 %):
Вынужденное деление
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2Y25VdmRHaDFiV0l2TWk4eU15OVZjbUZ1YVhWdExUSXpOVjltYVhOemFXOXVYM0J5YjJSMVkzUnpYM2xwWld4a2MxOXNiMmRmYzJOaGJHVXVjRzVuTHpRd01IQjRMVlZ5WVc1cGRXMHRNak0xWDJacGMzTnBiMjVmY0hKdlpIVmpkSE5mZVdsbGJHUnpYMnh2WjE5elkyRnNaUzV3Ym1jPS5wbmc=.png)
В начале 1930-х годов Энрико Ферми проводил облучение урана нейтронами, преследуя цель получить таким образом трансурановые элементы. Но в 1939 году (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).
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, 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.
![image](https://www.wikidata.ru-ru.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEucnUtcnUubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpOHlMekpqTDB0bGNtNXpjR0ZzZEhWdVp5NXpkbWN2TXpBd2NIZ3RTMlZ5Ym5Od1lXeDBkVzVuTG5OMlp5NXdibWM9LnBuZw==.png)
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.
Деление ядер — лишь один из множества процессов, возможных при взаимодействии нейтронов с ядрами, именно он лежит в основе работы любого ядерного реактора.
Цепная ядерная реакция
При распаде одного ядра 235U обычно испускается от 1 до 8 (в среднем – 2,416) свободных нейтронов. Каждый нейтрон, образовавшийся при распаде ядра 235U, при условии взаимодействия с другим ядром 235U, может вызвать новый акт распада, это явление называется цепной реакцией деления ядра.
Гипотетически, число нейтронов второго поколения (после второго этапа распада ядер) может превышать 3² = 9. С каждым последующим этапом реакции деления количество образующихся нейтронов может нарастать лавинообразно. В реальных условиях свободные нейтроны могут не порождать новый акт деления, покидая образец до захвата 235U, или будучи захваченными как самим изотопом 235U с превращением его в 236U, так и иными материалами (например, 238U, или образовавшимися осколками деления ядер, такими как 149Sm или 135Xe).
Если в среднем каждый акт деления порождает ещё один новый акт деления, то реакция становится самоподдерживающейся; это состояние называется критическим (см. также (Коэффициент размножения нейтронов)).
В реальных условиях достичь критического состояния урана не так просто, поскольку на протекание реакции влияет ряд факторов. Например, природный уран лишь на 0,72 % состоит из 235U, 99,2745 % составляет 238U, который поглощает нейтроны, образующиеся при делении ядер 235U. Это приводит к тому, что в природном уране в настоящее время цепная реакция деления очень быстро затухает. Осуществить незатухающую цепную реакцию деления можно несколькими основными путями:
- увеличить объём образца (для выделенного из руды урана возможно достижение (критической массы) за счёт увеличения объёма);
- осуществить (разделение изотопов), повысив концентрацию 235U в образце;
- уменьшить потерю свободных нейтронов через поверхность образца с помощью применения различного рода отражателей;
- использовать вещество — (замедлитель нейтронов) для повышения концентрации (тепловых нейтронов).
Изомеры
Известен единственный изомер 235mU со следующими характеристиками:
- Избыток массы: 40 920,6(1,8) кэВ
- Энергия возбуждения: 76,5(4) эВ
- Период полураспада: 26 мин
- Спин и чётность ядра: 1/2+
Распад изомерного состояния осуществляется путём (изомерного перехода) в основное состояние.
Применение
- Уран-235 используется в качестве топлива для ядерных реакторов, в которых осуществляется управляемая цепная ядерная реакция деления;
- Уран с высокой степенью обогащения применяется для создания ядерного оружия. В этом случае для высвобождения большого количества энергии (взрыва) используется неуправляемая цепная ядерная реакция.
См. также
- (Изотопы урана)
- (Разделение изотопов)
Примечания
- Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // (Nuclear Physics A). — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — .
- Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. // (Nuclear Physics A). — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — .
- Гофман К. Можно ли сделать золото? — 2-е изд. стер. — Л.: Химия, 1987. — С. 130. — 232 с. — 50 000 экз. 9 января 2009 года. . Дата обращения: 26 декабря 2009. Архивировано 9 января 2009 года.
- Today in science history . Дата обращения: 26 декабря 2009. 13 июня 2002 года.
- Фиалков Ю. Я. Применение изотопов в химии и химической промышленности. — Киев: Техніка, 1975. — С. 87. — 240 с. — 2000 экз.
- оригинала 5 марта 2010 года. . Kaye & Laby Online. Дата обращения: 26 декабря 2009. Архивировано из
- 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.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер