Uranio-235 - Uranium-235
 Uranio metálico altamente enriquecido en uranio 235
| |
| General | |
|---|---|
| Símbolo | 235 U |
| Nombres | uranio-235, U-235 |
| Protones | 92 |
| Neutrones | 143 |
| Datos de nucleidos | |
| Abundancia natural | 0,72% |
| Media vida | 703,800,000 años |
| Isótopos parentales |
235 Pa 235 Np 239 Pu |
| Productos de descomposición | 231 mil |
| Masa de isótopos | 235.0439299 u |
| Girar | 7 / 2− |
| Exceso de energia | 40914.062 ± 1.970 keV |
| Energía de unión | 1783870.285 ± 1.996 keV |
| Modos de decaimiento | |
| Modo de decaimiento | Energía de desintegración ( MeV ) |
| Alfa | 4.679 |
|
Isótopos de uranio Tabla completa de nucleidos | |
El uranio-235 ( 235 U) es un isótopo del uranio que constituye aproximadamente el 0,72% del uranio natural . A diferencia del isótopo predominante uranio-238 , es fisible , es decir, puede sostener una reacción en cadena de fisión . Es el único isótopo fisible que existe en la naturaleza como nucleido primordial .
El uranio-235 tiene una vida media de 703,8 millones de años. Fue descubierto en 1935 por Arthur Jeffrey Dempster . Su sección transversal de fisión para neutrones térmicos lentos es de aproximadamente 584,3 ± 1 graneros . Para los neutrones rápidos es del orden de 1 granero. La mayoría de las absorciones de neutrones, aunque no todas, resultan en fisión; una minoría da como resultado la captura de neutrones que forma uranio-236 .
Cadena de descomposición natural
![{\ Displaystyle {\ begin {array} {r} {\ ce {^ {235} _ {92} U -> [\ alpha] [7.038 \ times 10 ^ {8} \ {\ ce {y}}] { ^ {231} _ {90} Th} -> [\ beta ^ {-}] [25.52 \ {\ ce {h}}] {^ {231} _ {91} Pa} -> [\ alpha] [3.276 \ times 10 ^ {4} \ {\ ce {y}}] {^ {227} _ {89} Ac}}} {\ begin {Bmatrix} {\ ce {-> [98.62 \% \ beta ^ {- }] [21.773 \ {\ ce {y}}] {^ {227} _ {90} Th} -> [\ alpha] [18.718 \ {\ ce {d}}]}} \\ {\ ce {- > [1.38 \% \ alpha] [21.773 \ {\ ce {y}}] {^ {223} _ {87} Fr} -> [\ beta ^ {-}] [21.8 \ {\ ce {min}} ]}} \ end {Bmatrix}} {\ ce {^ {223} _ {88} Ra -> [\ alpha] [11.434 \ {\ ce {d}}] {^ {219} _ {86} Rn} }} \\ {\ ce {^ {219} _ {86} Rn -> [\ alpha] [3.96 \ {\ ce {s}}] {^ {215} _ {84} Po} -> [\ alpha ] [1.778 \ {\ ce {ms}}] {^ {211} _ {82} Pb} -> [\ beta ^ {-}] [36.1 \ {\ ce {min}}] {^ {211} _ {83} Bi}}} {\ begin {Bmatrix} {\ ce {-> [99.73 \% \ alpha] [2.13 \ {\ ce {min}}] {^ {207} _ {81} Tl} -> [\ beta ^ {-}] [4.77 \ {\ ce {min}}]}} \\ {\ ce {-> [0.27 \% \ beta ^ {-}] [2.13 \ {\ ce {min}} ] {^ {211} _ {84} Po} -> [\ alpha] [0.516 \ {\ ce {s}}]}} \ end {Bmatrix}} {\ ce {^ {207} _ {82} Pb_ {(estable)}}} \ end {matriz}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3fe53a75c7554594e8520390bcb8eb01317f6939)
Propiedades de fisión
La fisión de un átomo de uranio-235 libera 202,5 MeV (3,24 × 10 −11 J ) dentro del reactor. Eso corresponde a 19,54 TJ / mol , o 83,14 TJ / kg. Otros 8,8 MeV escapan del reactor como antineutrinos. Cuando235
92Los nucleidos U son bombardeados con neutrones, una de las muchas reacciones de fisión que puede sufrir es la siguiente (que se muestra en la imagen adyacente):
0n +235
92U →141
56Ba +92
36Kr + 31
0norte
Los reactores de agua pesada y algunos reactores moderados con grafito pueden utilizar uranio natural, pero los reactores de agua ligera deben utilizar uranio poco enriquecido debido a la mayor absorción de neutrones del agua ligera. El enriquecimiento de uranio elimina parte del uranio-238 y aumenta la proporción de uranio-235. El uranio altamente enriquecido (UME) , que contiene una proporción aún mayor de uranio-235, se utiliza a veces en los reactores de submarinos nucleares , reactores de investigación y armas nucleares .
Si al menos un neutrón de la fisión del uranio 235 choca contra otro núcleo y hace que se fisione, la reacción en cadena continuará. Si la reacción se mantiene por sí misma, se dice que es crítica y la masa de 235 U requerida para producir la condición crítica se dice que es una masa crítica. Se puede lograr una reacción en cadena crítica a concentraciones bajas de 235 U si los neutrones de la fisión se moderan para reducir su velocidad, ya que la probabilidad de fisión con neutrones lentos es mayor. Una reacción en cadena de fisión produce fragmentos de masa intermedios que son altamente radiactivos y producen más energía por su desintegración radiactiva . Algunos de ellos producen neutrones, llamados neutrones retardados , que contribuyen a la reacción en cadena de fisión. La potencia de salida de los reactores nucleares se ajusta mediante la ubicación de las barras de control que contienen elementos que absorben fuertemente neutrones, por ejemplo, boro , cadmio o hafnio , en el núcleo del reactor. En las bombas nucleares , la reacción es descontrolada y la gran cantidad de energía liberada crea una explosión nuclear .
Armas nucleares
La bomba atómica tipo pistola Little Boy lanzada sobre Hiroshima el 6 de agosto de 1945 estaba hecha de uranio altamente enriquecido con un gran pisón . La masa crítica esférica nominal de un arma nuclear de 235 U sin manipular es de 56 kilogramos (123 libras), lo que formaría una esfera de 17,32 centímetros (6,82 pulgadas) de diámetro. El material debe tener un 85% o más de 235 U y se conoce como uranio de calidad para armas , aunque para un arma tosca e ineficiente, el enriquecimiento del 20% es suficiente (lo que se denomina arma (s) utilizable ). Se puede usar un enriquecimiento incluso menor, pero esto da como resultado que la masa crítica requerida aumente rápidamente. El uso de un gran sabotaje, geometrías de implosión , tubos de activación, activadores de polonio , realce de tritio y reflectores de neutrones pueden permitir un arma más compacta y económica que utilice una cuarta parte o menos de la masa crítica nominal, aunque esto probablemente solo sea posible en un país que ya tenía una amplia experiencia en la ingeniería de armas nucleares. La mayoría de los diseños de armas nucleares modernas utilizan plutonio-239 como componente fisible de la etapa primaria; sin embargo, HEU (uranio altamente enriquecido, en este caso uranio con un 20% o más de 235 U) se utiliza a menudo en la etapa secundaria como encendedor del combustible de fusión.
| Fuente | Energía promedio liberada [MeV] |
|---|---|
| Energía liberada instantáneamente | |
| Energía cinética de fragmentos de fisión | 169,1 |
| Energía cinética de los neutrones rápidos | 4.8 |
| Energía transportada por rayos γ rápidos | 7.0 |
| Energía de productos de fisión en descomposición | |
| Energía de β - -particles | 6.5 |
| Energía de rayos γ retardados | 6.3 |
| Energía liberada cuando se capturan los neutrones rápidos que no (re) producen fisión | 8.8 |
| Energía total convertida en calor en un reactor nuclear térmico en funcionamiento | 202,5 |
| Energía de los antineutrinos | 8.8 |
| Suma | 211,3 |
Usos
El uranio-235 tiene muchos usos, como combustible para plantas de energía nuclear y en armas nucleares como bombas nucleares . Algunos satélites artificiales , como el SNAP-10A y los RORSAT, fueron propulsados por reactores nucleares alimentados con uranio-235.
Referencias
enlaces externos
- Tabla de nucleidos .
- Manual de fundamentos del DOE: Física nuclear y teoría de reactores Vol. 1 , vol. 2 .
- Uranio | Programa de protección radiológica | EPA de EE. UU.
- Banco de datos de sustancias peligrosas de la NLM: uranio, radiactivo
- "El milagro del U-235" , Popular Mechanics , enero de 1941, uno de los primeros artículos sobre el U-235 para el público en general.