Uranio-235
 Uranio metálico altamente enriquecido en uranio-235 | |
| General | |
|---|---|
| Símbolo | 235 U |
| Nombres | uranio-235, 235U, U-235 |
| Protones ( Z ) | 92 |
| Neutrones ( N ) | 143 |
| Datos de nucleidos | |
| Abundancia natural | 0,72% |
| Vida media ( t 1/2 ) | 703 800 000 años |
| Masa del isótopo | 235.0439299 Da |
| Girar | 7/2− |
| Exceso de energía | 40 914 .062 ± 1.970 keV |
| Energía de unión | 1 783 870 .285 ± 1.996 keV |
| Isótopos progenitores | 235 Pa 235 Np 239 Pu |
| Productos de descomposición | 231 ° |
| Modos de decaimiento | |
| Modo de decadencia | Energía de desintegración ( MeV ) |
| Alfa | 4.679 |
| Isótopos del uranio Tabla completa de nucleidos | |
Uranio-235 (235
tú
El uranio (o U-235 ) es un isótopo del uranio que constituye aproximadamente el 0,72% del uranio natural . A diferencia del isótopo predominante, el uranio-238 , es fisible , es decir, puede sostener una reacción nuclear en cadena . 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 eficaz de fisión para neutrones térmicos lentos es de aproximadamente584,3 ± 1 barn . [1] Para los neutrones rápidos es del orden de 1 barn. [2] La mayoría de las absorciones de neutrones inducen fisión, aunque una minoría (alrededor del 15%) da como resultado la formación de uranio-236 . [3] [4]
Propiedades de fisión
La fisión de un átomo de uranio-235 libera202,5 MeV (3,24 × 10 −11 J ) dentro del reactor. Esto corresponde a 19,54 TJ/ mol , o 83,14 TJ/kg. [5] Otros 8,8 MeV escapan del reactor en forma de antineutrinos.235
92Los núcleos de U son bombardeados con neutrones, una de las muchas reacciones de fisión que puede sufrir es la siguiente (mostrada en la imagen adyacente):
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 (HEU), 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 golpea otro núcleo y hace que se fisione, entonces la reacción en cadena continuará. Si la reacción continúa sosteniéndose, se dice que es crítica , y la masa de 235 U requerida para producir la condición crítica se dice que es una masa crítica. Una reacción en cadena crítica se puede lograr a bajas concentraciones 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 intermedia 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 los 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 cañón Little Boy lanzada sobre Hiroshima el 6 de agosto de 1945 estaba hecha de uranio altamente enriquecido con un gran tamper . La masa crítica esférica nominal para un arma nuclear de 235 U sin manipular es de 56 kilogramos (123 lb), [6] lo que formaría una esfera de 17,32 centímetros (6,82 pulgadas) de diámetro. El material debe ser 85% o más de 235 U y se conoce como uranio de grado armamentístico , aunque para un arma rudimentaria e ineficiente es suficiente un enriquecimiento del 20% (denominado utilizable en armas ). Se puede utilizar un enriquecimiento incluso menor, pero esto hace que la masa crítica requerida aumente rápidamente. El uso de un gran tamper, geometrías de implosión , tubos detonadores, detonadores de polonio , potenciación con tritio y reflectores de neutrones puede permitir un arma más compacta y económica que utilice un cuarto o menos de la masa crítica nominal, aunque esto probablemente sólo sería posible en un país que ya tuviera una amplia experiencia en ingeniería de armas nucleares. La mayoría de los diseños de armas nucleares modernas utilizan plutonio-239 como componente fisible de la etapa primaria; [7] [8] sin embargo, el UAE (uranio altamente enriquecido, en este caso uranio que contiene 20% o más de 235 U) se utiliza con frecuencia en la etapa secundaria como encendedor para el combustible de fusión.
| Fuente | Energía media liberada [MeV] [5] |
|---|---|
| Energía liberada instantáneamente | |
| Energía cinética de los fragmentos de fisión | 169.1 |
| Energía cinética de los neutrones instantáneos | 4.8 |
| Energía transportada por rayos gamma instantáneos | 7.0 |
| Energía procedente de la descomposición de los productos de fisión | |
| Energía de las partículas β− | 6.5 |
| Energía de los rayos gamma retardados | 6.3 |
| Energía liberada cuando se capturan esos neutrones que no producen (re)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 |
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}}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[99.99\%\alpha ][1.778\ {\ce {ms}}]{^{211}_{82}Pb}->[\beta ^{-}][36.1\ {\ce {min}}]}}\\{\ce {->[2.3\ multiplicado por 10^{-4}\%\beta ^{-}][1.778\ {\ce {ms}}]{^{215}_{85}At}->[\alpha ][0.10\ {\ce {ms}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{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{array}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/da2e321e70c54cd68c88b0abb6a8286b29b18b5a)
Usos
El uranio-235 tiene muchos usos, como combustible para plantas de energía nuclear y en armas nucleares como las bombas nucleares . Algunos satélites artificiales , como el SNAP-10A y los RORSAT, fueron alimentados por reactores nucleares alimentados con uranio-235. [9] [10]
Referencias
- ^ "#Reacción estándar: 235U(n,f)". www-nds.iaea.org . OIEA . Consultado el 4 de mayo de 2020 .
- ^ ""Un poco de física del uranio", UIC.com.au". Archivado desde el original el 17 de julio de 2007. Consultado el 18 de enero de 2009 .
{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link) - ^ "Relación captura-fisión". nuclear-power.com . Consultado el 26 de junio de 2024 .
- ^ Cabell, MJ; Slee, LJ (1962). "La relación entre la captura de neutrones y la fisión del uranio-235". Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry . 24 (12): 1493–1500. doi :10.1016/0022-1902(62)80002-5.
- ^ ab Fisión y fusión nuclear e interacciones de neutrones, Archivo del Laboratorio Nacional de Física.
- ^ "FAS Nuclear Weapons Design FAQ" (Preguntas frecuentes sobre el diseño de armas nucleares de la FAS). Archivado desde el original el 7 de mayo de 1999. Consultado el 2 de septiembre de 2010 .
- ^ Diseño de armas nucleares. Federación de Científicos Estadounidenses. Archivado desde el original el 26 de diciembre de 2008. Consultado el 4 de junio de 2016 .
- ^ Miner, William N.; Schonfeld, Fred W. (1968). "Plutonio" . En Clifford A. Hampel (ed.). La enciclopedia de los elementos químicos . Nueva York (NY): Reinhold Book Corporation. pág. 541. LCCN 68029938.
- ^ Schmidt, Glen (febrero de 2011). «Descripción general de SNAP: radio-219: antecedentes generales» (PDF) . Sociedad Nuclear Estadounidense . Consultado el 27 de agosto de 2012 .
- ^ "RORSAT (Satélite de reconocimiento oceánico por radar)". daviddarling.info.
Enlaces externos
- Tabla de nucleidos.
- Manual de fundamentos del DOE: Física nuclear y teoría de reactores Vol. 1 Archivado el 31 de julio de 2017 en Wayback Machine , Vol. 2 Archivado el 20 de diciembre de 2016 en Wayback Machine .
- Conceptos básicos sobre radionúclidos: uranio | 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.
