Učebnice chemie

Uran-235 je přirozeně se vyskytující izotop kovového uranu. Je to jediný štěpný izotop uranu, který je schopen jaderného štěpení. Uran-235 je jediný štěpný radioaktivní izotop, který je primordiálním nuklidem existujícím v přírodě v současné podobě již před vznikem Země.

Uran-235 Identifikace

Číslo CAS: 15117-96-1

Uran-235 Zdroj

Arthur Jeffrey Dempster byl první osobou, která tento radioaktivní izotop kovu v roce 1935 objevila.Uran-235 tvoří přibližně 0,72 % celkového množství uranu vyskytujícího se v přírodě, přičemž uran-238 (další radioaktivní izotop)tvoří více než 99 % zbývající hmotnosti tohoto kovu. Uran-235 se odděluje od uranu-238 difuzním procesem pomocí plynného hexafluoridu uranu (UF6). Vysoce obohacený uran může obsahovat až 40 % uranu-235.

Uran-235 Symbol

Symbol nebo vzorec pro tento radioaktivní izotop je 235U. Označuje se také U-235.

Obrázek 1 – Uran-235

Vlastnosti uranu-235

Tento štěpný materiál má následující vlastnosti:

Vzhled: Je to kov stříbrné barvy.

Molekulová hmotnost: Molekulová hmotnost tohoto kovu je 235,044 g/mol.

Atomové číslo: Atomové číslo tohoto kovu je 92.

Atomová hmotnost:

Kritická hmotnost: Jeho hmotnostní číslo je 235,0439299 u (sjednocené atomové hmotnostní jednotky): Kritická hmotnost tohoto radioaktivního izotopu je 52 kg.

Kritický průměr:

Jádro uranu-235

V jádře jednoho izotopu tohoto radioaktivního kovu je 92 protonů a 143 neutronů.

Radioaktivní rozpad uranu-235

Nestabilní jádro tohoto radioaktivního izotopu ztrácí energii vyzařováním ionizujících částic pro dosažení stabilního stavu. Podléhá rozpadu alfa vyzářením záření alfa (α) s rozpadovou energií 4,679 MeV.

Rozpadová rovnice uranu-235

Následující je jedna rozpadová rovnice pro rozpad alfa tohoto izotopu:

92235U → 90231Th + 24He

Zde He (Helium) představuje jednu částici alfa (α).

Uran-235 podléhá při radioaktivním rozpadu spontánnímu štěpení; tuto reakci však nemůže reprezentovat žádná standardní rovnice, protože její výsledky jsou značně nepředvídatelné.

Rozpadový řetězec uranu-235

Rozpadový řetězec tohoto radioaktivního kovu je znám jako aktiniová řada, přičemž thorium-231 je dalším izotopem v tomto rozpadovém procesu. Díky tomu je thorium-231 dceřiným nuklidem tohoto izotopu. Uran-235 je také známý jako aktinium, protože je mateřským izotopem aktiniové řady. Vzniká olovo jako poslední stabilní prvek tohoto alfa rozpadového řetězce. Zde je uvedena kompletní rozpadová řada tohoto izotopu:

Uran-235 →Thorium-231 → Protaktinium-231 →Actinium-227 →Thorium-227 →Radium-223 →Radon-219 →Polonium-215 →Olovo-211 →Bismut-211 →Thallium-207→ Olovo-207 (stabilní)

Uran-235 Poločas rozpadu

Tento radioaktivní izotop se rozpadá 703krát,800 000 let, než se rozpadne a sníží na polovinu svého původního množství.

Štěpná reakce uranu-235

Jedná se o první objevený štěpný izotop uranu. Když jeden neutron ze štěpné reakce U-235 způsobí štěpení dalšího jádra tohoto kovu, způsobí pokračování celé řetězové reakce. Tento stav se nazývá „kritický stav“, zatímco hmotnost U-235 potřebná k jeho vyvolání se nazývá „kritická hmotnost“. Kritické řetězové reakce je možné dosáhnout i při nízké koncentraci U-235. V těchto případech se neutrony zmírňují, aby se snížila jejich rychlost v reakci, protože šance na štěpení je větší u pomalých neutronů než u rychlých neutronů. Při této řetězové reakci vzniká mnoho fragmentů střední radioaktivní hmotnosti, které jsou schopny samy produkovat energii tím, že projdou radioaktivním rozpadem. Při štěpení uranu 235 vzniká velké množství energie.

Většina celkového množství uranu 235 se při štěpení rozpadá na menší jádra. Pouze nepatrné množství tohoto materiálu podléhá záchytu neutronů za vzniku Uranu-236.

Využití Uranu-235

Skutečnost, že tento izotop je štěpný materiál schopný produkovat velké množství tepla a energie, jej činí velmi užitečným v průmyslu.

Využití v jaderných reaktorech

Široce se využívá v jaderných reaktorech, protože je schopen produkovat dostatek neutronů k udržení nebo pokračování štěpné reakce. Potřebuje však moderátor neutronů, který mu pomáhá udržovat řetězovou reakci zpomalováním neutronů. Je to z toho důvodu, že koncentrace U-235 je v přirozeně se vyskytujícím uranu velmi nízká. Někdy se ke zpomalení celého procesu v jaderných reaktorech používají také regulační tyče. Řídicí tyče jsou vyrobeny z prvků jako bór a kadmium, které jsou schopny absorbovat přebytečné částice alfa, aniž by samy prošly štěpením. S pomocí moderátorů a řídicích tyčí lze přírodní uran-235 používat pro průmyslové účely. Používá se jako zdroj energie pro meteorologické stanice v odlehlých oblastech a vesmírná vozidla.

Kovový uran obohacený o uran-235 se používá v těžkovodních reaktorech, zatímco v lehkovodních reaktorech se používá nízko obohacený uran.

Použití v jaderných zbraních

Tento radioaktivní kov se někdy používá při výrobě jaderných zbraní jako náhrada za ochuzený uran. Vysoce obohacený uran byl použit pro atomovou bombu s názvem Little Boy, která byla svržena na Hirošimu během 2. světové války (6. srpna 1945).

Použití v radioaktivním datování

Radioaktivní vlastnosti tohoto izotopu se používají k určení stáří mnoha objektů včetně zkamenělin a hornin. Dlouhý poločas rozpadu tohoto kovu pomáhá zjistit správné stáří těchto objektů.

Jak může uran-235 ovlivnit lidské zdraví?

Tato radioaktivní látka se může dostat do lidského těla vdechnutím nebo požitím kontaminované potravy či vody. Většina vdechnutého nebo požitého U-235 opouští tělo s výjimkou malé části, která zůstává nahromaděna v ledvinách nebo kostech a podléhá rozkladu. To zvyšuje riziko poškození jater a rakoviny.

Uran-235 lze využít jako bohatý zdroj energie. Jedna libra tohoto radioaktivního materiálu obsahuje stejné množství energie jako jeden milion galonů benzínu. K získání takového množství energie z tohoto kovu je nutné obohatit přirozeně se vyskytující uran tak, aby obsahoval alespoň 2-3 % uranu-235 namísto pouhých 0,72 %.