Химия - Уран-235 - Образование и распад

06 августа 2011


Оглавление:
1. Уран-235
2. Образование и распад
3. Изомеры

Уран-235 образуется в результате следующих распадов:

• β-распад нуклида Pa мин):

• K-захват, осуществляемый нуклидом Np дня):

• α-распад нуклида Pu×10 лет):

Распад урана-235 происходит по следующим направлениям:

• α-распад в Th кэВ):

• Спонтанное деление×10 %);
• Кластерный распад с образованием нуклидов Ne, Ne и Mg×10 %, 8×10 %, 8×10 %):

Вынужденное деление

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.

В продуктах деления урана-235 было обнаружено около 300 изотопов различных элементов: от Z=30 до Z=64. 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 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.

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 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

Каждый нейтрон, образовавшийся при распаде ядра урана-235, при попадании в другое ядро может вызвать образование составного ядра с дальнейшим его распадом и испусканием в среднем 2-3-х нейтронов, тогда количество нейтронов после второго этапа распада ядер будет равно, к примеру, 3² = 9. С каждым последующим этапом количество образующихся нейтронов будет нарастать лавинообразно. Это явление и называется цепной ядерной реакцией. Если такая реакция является самоподдерживающейся, то она называется критической; масса вещества, необходимая для создания критического состояния, называется критической массой. Однако в реальных условиях достичь критического состояния не так просто, так как на протекание реакции влияет ряд факторов. Например, природный уран лишь на 0,72 % состоит из U, 99,2745 % составляет уран-238, который поглощает нейтроны, образующиеся при делении ядер урана-235. Кроме того, при распаде U образуются быстрые нейтроны, в то время как сечение поглощения быстрого нейтрона ядром U с последующим делением существенно ниже по сравнению с сечением деления под воздействием тепловых нейтронов. Это приводит к тому, что в природном уране цепная реакция очень быстро затухает. Осуществить незатухающую цепную реакцию можно несколькими основными путями:

• Осуществить разделение изотопов, повысив таким образом содержание урана-235 в образце. В этом случае потеря нейтронов будет происходить лишь через поверхность образца. Эту потерю можно предотвратить с помощью различного рода отражателей. Тем не менее, возможно достижение критического состояния и без использования отражателей — за счёт увеличения количества вещества до значения, превышающего значение критической массы;
• Более существенное влияние может оказать замедление нейтронов, выделяющихся при делении. Отношения сечений поглощения тепловых нейтронов ураном-238 и ураном-235 в зависимости от энергии делящего нейтрона выше в 25-125 раз, чем быстрых, следовательно доля нейтронов, поглощённых ураном-238 резко уменьшится.

Просмотров: 8746

<<< Уран-234

Уран-238 >>>