Kémia Tanuló

Az urán-235 az uránfém egy természetben előforduló izotópja. Ez az egyetlen hasadó uránizotóp, amely képes a maghasadás fenntartására. Az urán-235 az egyetlen hasadó radioaktív izotóp, amely ősnuklidként a Föld keletkezése előtt létezett a természetben jelenlegi formájában.

Urán-235 Azonosítás

CAS-szám: 15117-96-1

Urán-235 Forrás

Arthur Jeffrey Dempster volt az első, aki 1935-ben felfedezte ezt a radioaktív fémizotópot.Az urán-235 a természetben található összes urán mintegy 0,72%-át teszi ki, az urán-238 (egy másik radioaktív izotóp)pedig a fém fennmaradó tömegének több mint 99%-át. Az urán-235-öt az urán-238-tól diffúziós eljárással, urán-hexafluorid (UF6) gázzal választják el. A nagymértékben dúsított urán akár 40%-ban is tartalmazhat urán-235-öt.

Urán-235 Jelkép

A radioaktív izotóp jele vagy képlete 235U. Más néven U-235-nek is nevezik.

1. kép – Urán-235

Az urán-235 tulajdonságai

Ez a hasadóanyag a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

megjelenés: Ezüstszínű fém.

Molekulatömeg: A molekulatömege 235,044 g/mol.

Atommagszám:

atomszám: Ennek a fémnek az atomszáma 92.

atomtömege: Tömegszáma 235,0439299 u (egyesített atomi tömegegység).

Kritikus tömeg:

Kritikus tömeg: Ennek a radioaktív izotópnak a kritikus tömege 52 kg.

Kritikus átmérő: Kritikus átmérője 17 cm.

Urán-235 atommag

Ez a radioaktív fém egy izotópjának atommagjában 92 proton és 143 neutron van.

Urán-235 radioaktív bomlása

Ez a radioaktív izotóp instabil atommagja ionizáló részecskék kibocsátásával veszít energiát a stabil állapot eléréséhez. Alfa-bomláson megy keresztül 4,679 MeV bomlási energiájú alfa-sugarak (α) kisugárzásával.

Urán-235 bomlási egyenlet

A következő az egyik bomlási egyenlet ennek az izotópnak az alfa-bomlására:

92235U → 90231Th + 24He

Itt a He (hélium) egy alfa (α) részecskét jelöl.

Az urán-235 a radioaktív bomlás során spontán hasadáson megy keresztül; ezt a reakciót azonban semmilyen szabványos egyenlet nem tudja ábrázolni, mivel az eredményei meglehetősen kiszámíthatatlanok.

Urán-235 bomlási lánc

A radioaktív fém bomlási láncát aktíniumsorozatnak nevezik, a tórium-231 a következő izotóp ebben a bomlási folyamatban. Ez teszi a tórium-231-et ennek az izotópnak a leánynuklidjává. Az urán-235-öt Actinouranium néven is ismerik, mivel ez az Actinium-sorozat szülőizotópja. Ennek az alfa-bomlási láncnak az utolsó stabil elemeként ólom keletkezik. Íme ennek az izotópnak a teljes bomlási sorozata:

Urán-235 →Tórium-231 → Protaktínium-231 →Aktínium-227 →Tórium-227 →Rádium-223 →Rádon-219 →Polonium-215 →Ólom-211 →Bizmut-211 →Tallium-207→ Ólom-207 (stabil)

Urán-235 Felezési idő

Ez a radioaktív izotóp 703,800 000 év alatt bomlik el és csökken a kezdeti mennyiség felére.

Urán-235 hasadási reakció

Ez volt az első hasadó uránizotóp, amelyet felfedeztek. Amikor az U-235 hasadási reakcióból származó egy neutron ennek a fémnek egy másik atommagját is hasadásra készteti, akkor az egész láncreakció folytatódik. Ezt az állapotot “kritikus állapotnak”, míg az ehhez szükséges U-235 tömegét “kritikus tömegnek” nevezzük. A kritikus láncreakciót alacsony U-235 koncentrációval is el lehet érni. Ezekben az esetekben a neutronokat mérséklik, hogy a reakcióban a sebességüket csökkentsék, mivel a hasadás esélye lassú neutronokkal nagyobb, mint gyors neutronokkal. Ebben a láncreakcióban sok köztes radioaktív tömegű fragmentum keletkezik, amelyek maguk is képesek radioaktív bomlással energiát termelni. Az urán-235 hasadása nagy mennyiségű energiát termel.

A teljes urán-235 legnagyobb része a hasadás során kisebb atommagokra bomlik. Ennek az anyagnak csak egy parányi része megy át neutronbefogáson, így keletkezik az urán-236.

Az urán-235 felhasználása

A tény, hogy ez az izotóp hasadóanyag, amely nagy mennyiségű hő és energia előállítására képes, rendkívül hasznossá teszi az iparban.

A felhasználás az atomreaktorokban

Az atomreaktorokban széles körben használják, mivel képes elegendő neutront termelni a maghasadási reakció fenntartásához vagy folytatásához. Szüksége van azonban egy neutronmoderátorra, amely a neutronok lelassításával segít fenntartani a láncreakciót. Ennek oka, hogy a természetben előforduló uránban nagyon alacsony az U-235 koncentrációja. Az atomreaktorokban néha szabályozó rudakat is használnak az egész folyamat lelassítására. A szabályozó rudak olyan elemekből készülnek, mint a bór és a kadmium, amelyek képesek elnyelni a felesleges alfa-részecskéket anélkül, hogy maguk is hasadáson mennének keresztül. A moderátorok és a szabályozó rudak segítségével a természetes urán-235 ipari célokra felhasználható. A távoli területeken lévő meteorológiai állomások és űreszközök energiaellátására használják.

Az uránium-235-tel dúsított uránfémet nehézvizes reaktorokban használják, míg a könnyűvizes reaktorokban alacsony dúsítású uránt használnak.

A nukleáris fegyverekben való felhasználás

Ezt a radioaktív fémet néha a nukleáris fegyverek gyártásában használják a szegényített urán helyettesítésére. A magasan dúsított uránt használták a Little Boy nevű atombombához, amelyet a 2. világháborúban (1945. augusztus 6.) Hirosimára dobtak le.

Hasznosítások a radioaktív kormeghatározásban

Az izotóp radioaktív tulajdonságait számos tárgy, köztük kövületek és kőzetek korának meghatározására használják. A fém hosszú felezési ideje segít e tárgyak helyes korának megállapításában.

Hogyan befolyásolhatja az urán-235 az emberi egészséget?

Ez a radioaktív anyag belégzéssel vagy szennyezett élelmiszer vagy víz lenyelésével kerülhet az emberi szervezetbe. A belélegzett vagy lenyelt U-235 nagy része elhagyja a szervezetet, kivéve egy kis részét, amely a vesében vagy a csontokban felhalmozódva, bomlásnak indulva marad. Ez növeli a májkárosodás és a rák kockázatát.

Az urán-235 gazdag energiaforrásként használható. Egy font ebből a radioaktív anyagból ugyanannyi energiát tartalmaz, mint egymillió gallon benzin. Ahhoz, hogy ennyi energiát nyerjünk ebből a fémből, a természetben előforduló urániumot úgy kell dúsítani, hogy legalább 2-3% urán-235-öt tartalmazzon az eddigi 0,72% helyett.