Movatterモバイル変換

[0]ホーム
URL:

Siirry sisältöön
Wikipedia
Haku

Uraani-235

Wikipediasta

Uraani-235 (235U) onuraaninisotooppi, jonkaatomin ytimessä on 92protonia ja 143neutronia. Sitä on luonnon uraanissa noin 0,7 prosenttia.[1] Muiden uraani-isotooppien tavoin uraani-235 onradioaktiivista, mutta toisin kuin uraani-238, se on lisäksifissiiliä, eli siinä voifissio tapahtua kiihtyvänäketjureaktiona. Uraani-235 on ainoaprimordiaalinen fissiilinuklidi, jota esiintyy mainittavassa määrin luonnossa. Tämän vuoksi sillä on keskeinen merkitysydin­tekniikassa.Ydin­voimaloissa käytetään tavallisestirikastettua uraania, jonka uraani-235-pitoisuus on tavallisesti noin 3 prosenttia.[2]Ydinaseissa käytetään paljon pidemmälle rikastettua uraania, jossa on yli 85 prosenttia isotooppia 235.[3]

Uraani-235-ytimen hajoaminen

[muokkaa |muokkaa wikitekstiä]

Uraani-235-atomi voi hajota jokoalfa­hajoamisella taifissiolla. Luonnossa alfahajoaminen on verrattomasti yleisempää: sen suhteen U-235:npuoliintumisaika on 708,3 miljoonaa vuotta jahajoamisvakio näin ollen 3,10 · 10-17 s-1, toisin sanoen U-235-atomi hajoaa alfa­hajoamisella seuraavan sekunnin kuluessatodennäköisyydellä 3,10 · 10-17.

Radioaktiivinen hajoaminen

[muokkaa |muokkaa wikitekstiä]

Kun uraani-235-ydin hajoaa alfahajoamisella, siitä lohkeaaalfahiukkanen eli heliumatomin ydin ja jäljelle jäätorium-231-atomin ydin. Se on edelleen radioaktiivinen, ja uraani-235:stä alkaakin pitkähajoamissarja,aktiniumsarja eli4n+3 -sarja, joka päättyy vakaaseenlyijyisotooppiin207Pb.[4] Tämän sarjan tunnetuimman välijäsen,aktiniumin (tarkemmin sanottuna isotoopin227Ac) mukaan uraani-235:tä onkin aikoinaan nimitetty myösaktinouraaniksi (AcU,engl.Actinouranium).[4][5]

Hajoamissarjan välijäsenet ovat seuraavat:[4]

U92235→7.038×108 aα90231Th→25.52 hβ−91231Pa→3.276×104 aα89227Ac{→21.773 a98.62%β−90227Th→18.718 dα→21.773 a1.38%α87223Fr→21.8 minβ−}Ra88223→11,434 dα86219RnRn86219→3.96 sα84215Po→1.778 msα82211Pb→36.1 minβ−83211Bi{→2,13 min99.73%α81207Tl→4,77 minβ−→2,13 min0,27%β−84211Po→0,516 sα}Pb(vakaa)82207{\displaystyle {\begin{array}{l}{\ce {^{235}_{92}U->[\alpha ][7.038\times 10^{8}\ {\ce {a}}]_{90}^{231}Th->[\beta ^{-}][25.52\ {\ce {h}}]_{91}^{231}Pa->[\alpha ][3.276\times 10^{4}\ {\ce {a}}]_{89}^{227}Ac}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[98.62\%\beta ^{-}][21.773\ {\ce {a}}]_{90}^{227}Th->[\alpha ][18.718\ {\ce {d}}]}}\\{\ce {->[1.38\%\alpha ][21.773\ a]_{87}^{223}Fr->[\beta ^{-}][21.8\ {\ce {min}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{223}_{88}Ra->[\alpha ][11,434\ {\ce {d}}]_{86}^{219}Rn}}\\{\ce {^{219}_{86}Rn->[\alpha ][3.96\ {\ce {s}}]_{84}^{215}Po->[\alpha ][1.778\ {\ce {ms}}]_{82}^{211}Pb->[\beta ^{-}][36.1\ {\ce {min}}]_{83}^{211}Bi}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[99.73\%\alpha ][2,13\ {\ce {min}}]_{81}^{207}Tl->[\beta ^{-}][4,77\ {\ce {min}}]}}\\{\ce {->[0,27\%\beta ^{-}][2,13\ {\ce {min}}]_{84}^{211}Po->[\alpha ][0,516\ {\ce {s}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {^{207}_{82}Pb_{(vakaa)}}}\end{array}}}

Spontaani fissio

[muokkaa |muokkaa wikitekstiä]

Paitsi alfahajoamisella, voi uraani-235-ydin hajota myösspontaanilla fissiolla. Silloin se halkeaa kahdeksi keski­raskaaksi ytimeksi ja samalla vapautuu keski­määrin 2,5neutronia. Spontaani fissio on kuitenkin yksittäisen atomin kannalta varsin epätodennäköinen tapahtuma.[6] Sen suhteen U-235:n laskettu puoliintumisaika on 3,5 · 1017 vuotta ja hajoamisvakio näin ollen 6,28 · 10-26 s-1. Kun grammassa uraani-235:tä on 2,56 ·1021 atomia, voidaan näin ollen laskea, että siinä hajoaa sekunnissa alfahajoamisella noin 79 360 atomia, mutta spontaanilla fissiolla vain yksi atomi 6 250 sekunnissa eli vajaassa kahdessa tunnissa.

Fissio ketjureaktiona

[muokkaa |muokkaa wikitekstiä]
Uraani-235-ytimen fissio

Tarpeeksi suuressa määrässä uraani-235:tä spontaanissa fissiossa vapautuvilla neutroneilla on kuitenkin suuri todennäköisyys törmätä lähellä oleviin toisiin uraani-235-ytimiin. Jos niin tapahtuu, ne saavat myös sen ytimen fissioitumaan, johon ne osuvat, jolloin siitä vapautuu vuorostaan neutroneja, ja täten syntyyketjureaktio.[6] Tiettyäkriittistä massaa suurempi kappale puhdasta uraani-235:täräjähtäisikin välittömästi.[6]

Uraani-235-ytimen fissio voi tapahtua monella tavalla, esimerkiksi seuraavasti:[7]

U92235+n01⟶Ba56141+Kr3692+3n01{\displaystyle {\ce {^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n -> ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3 ^{1}_{0}n}}}

Uraani-235-ydin voi haljeta muillakin tavoilla, kuitenkin aina siten, että syntyvissä ytimissä on yhteensä 92 protonia ja 141 neutronia.[7]

Vakaissa ytimissä neutroneja on sitä enemmän suhteessa protonien lukumäärään, mitä suurempi on ytimenmassaluku. Tämän vuoksi uraani-235:n fissio­tuotteet ovatkinbeeta-aktiivisia eli niissä yksi neutroni muuttuu jonkin ajan kuluttua protoniksi vapauttaen samallabeetasäteilyä, toisin sanoenelektronin, jaantineutriinon.[6]

Fissiossa vapautuva energia

[muokkaa |muokkaa wikitekstiä]

Yhden uraani-235-atomin fissioituessa vapautuuenergiaa välittömästi 180,9 MeV.[8] Tähän sisältyvät fissiotuotteiden ja vapautuvien neutronienliike-energia sekä suoraan fission yhteydessä syntyvängammasäteilyn energia. Fissio­tuotteiden lähettämänä säteilynä vapautuu lisäksi energiaa myöhemmin 21,6 MeV atomia kohti, joten kaikkiaan energiaa vapautuu 202,5 MeV[8] eli 3,24 · 10-11 J. Tätenmoolia kohti energiaa vapautuu kaikkiaan 19,54 TJ ja kilogrammaa kohti 83,14 TJ.

Uraani-235:n fissiossa vapautuu noin 2,8 miljoonaa kertaa niin paljon energiaa kuin poltettaessa massaltaan sama määrähiiltä.[9] Vapautuva energia on silti vain noin 0,09 prosenttia uraani-235:n massaa yhtälönE=mc² mukaan vastaavasta energiasta.

Löytöhistoria

[muokkaa |muokkaa wikitekstiä]

Uraani-235:n löysimassaspektrometrin avulla kanadalais-yhdys­valtalainen fyysikkoArthur Jeffery Dempster vuonna 1935.[10] Sen radioaktiivisten hajoamistuotteiden muodostamaaktiniumsarja oli kyllä tunnettu jo aikaisemmin, muttaaktiniumin oli tällöin päätelty alkavan jostakinuraanin hajoamis­tuotteesta ja aktinium­sarjan haarautuvan sitenradiumsarjasta.[11][12]

Uraani-235:nfission havaitsivat ensimmäisinä vuonna 1938Otto Hahn jaFritz Strassmann. Teoreettisesti sen selittivät seuraavana vuonna 1939Lise Meitner jaOtto Robert Frisch.[7]

Lähteet

[muokkaa |muokkaa wikitekstiä]
  1. ↑”Uraani”, Otavan iso Fokus, 7. osa (Sv–Öö), s. 4404. Otava, 1974. ISBN 951-1-01521-4
  2. ↑Uranium, Users: Civilian 3rd1000.com. Viitattu 23.2.2017.
  3. ↑Uranium, Users: Military 3rd1000.com. Viitattu 23.2.2017.
  4. ↑abcLeena Lahti: ”Radioaktiiviset sarjat”, Kvanttifysiikka, s. 134–135. Gaudeamus, 1977. ISBN 951-662-086-8
  5. ↑Fysiikan sanakirja Helsingin yliopisto. Viitattu 23.2.2017.
  6. ↑abcdLeena Lahti: ”Fissio”, Kvanttifysiikka, s. 172–173. Gaudeamus, 1977. ISBN 951-662-086-8
  7. ↑abcK. V. Laurikainen, Uuno Nurmi, Rolf Qvickström, Erkki Rosenberg, Matti Tiilikainen: ”Fissio ja fuusio”, Lukion fysiikka 3, s. 104–105. WSOY, 1974. ISBN 951-0-06318-5
  8. ↑abNuclear fission and fusion, and neutron interactions National Physical Laboratory. Viitattu 21.2.2016.
  9. ↑Juuso Himmanen: ”Energialähteet ja niiden ominaisuuksia, taulukko Polttoaineiden tehollisia lämpöarvoja ja tiheyksiä”, Energiavarat ja niiden riittävyys, s. 5. (Taulukon mukaankoksista, joka on lähes pelkkää hiiltä, saadaan tonnia kohti energiaa 29,30 GJ ja kilogrammaa kohti noin ollen noin 29,30 MJ) Lappeenrannan teknillinen yliopisto, 2013. Teoksen verkkoversio.
  10. ↑Samuel King Allison: Arthur Jeffrey Dempster 1886–1950: A Biographical Memoir. Natinal Academy Biographical Memoirs, 1952, XXVII. vsk. Washington D. C: National Academy of Sciences.Artikkelin verkkoversio.
  11. ↑”Radioaktiiviset aineet”, Iso tietosanakirja, 10. osa (Piemonte–Renovoida). Otava, 1935.
  12. ↑M. Centnerszwer: ”Aktiniumiryhmä”, Radiumi ja radioaktiiviset ilmiöt, s. 91. Suomentanut Eemeli E. Rantanen. Otava, 1912.

Aiheesta muualla

[muokkaa |muokkaa wikitekstiä]
  • R. M. Langer: The Miracle of U-235. (Yksi ensimmäisistä suurelle yleisölle julkaistuista uraani-235:ttä käsittelevistä artikkeleista) Popular Mechanics Magazine, Tammikuu 1941, 75. vsk, nro 1. Artikkelin verkkoversio.
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Uraani-235&oldid=22818015”
Luokat:
Piilotettu luokka:
[8]ページ先頭
©2009-2025 Movatter.jp