Chemie Leerling

Uranium-235 is een natuurlijk voorkomend isotoop van Uraniummetaal. Het is de enige splijtbare uraniumisotoop die in staat is tot kernsplitsing. Uranium-235 is de enige splijtbare radioactieve isotoop die een oernuclide is die in zijn huidige vorm in de natuur bestaat sinds vóór het ontstaan van de aarde.

Uranium-235 Identificatie

CAS-nummer: 15117-96-1

Uranium-235 Bron

Arthur Jeffrey Dempster was de eerste die deze radioactieve metaalisotoop in 1935 ontdekte.Uranium-235 maakt ongeveer 0,72% uit van het totale Uranium dat in de natuur voorkomt, terwijl Uranium-238 (een andere radioactieve isotoop) meer dan 99% uitmaakt van de resterende massa van het metaal. Uranium-235 wordt gescheiden van Uranium-238 door middel van het diffusieproces met behulp van Uranium Hexafluoride (UF6) gas. Sterk verrijkt uranium kan tot 40% uranium-235 bevatten.

Uranium-235 Symbool

Het symbool of de formule voor deze radioactieve isotoop is 235U. Het wordt ook aangeduid met U-235.

Plaatje 1 – Uranium-235

Eigenschappen van Uranium-235

Deze splijtstof heeft de volgende eigenschappen:

Opzicht: Het is een zilverkleurig metaal.

Moleculair gewicht: Het moleculair gewicht van dit metaal is 235,044 g/mol.

Atoomnummer: Het atoomnummer voor dit metaal is 92.

Atomaire massa: Het massagetal is 235,0439299 u (verenigde atomaire massa eenheden).

Kritische massa: De kritische massa voor deze radioactieve isotoop is 52 kg.

Critische Diameter: Zijn kritische diameter is 17 cm.

Uranium-235 Nucleus

Er zijn 92 protonen en 143 neutronen in de kern van één isotoop van dit radioactieve metaal.

Uranium-235 Radioactief verval

De instabiele kern van deze radioactieve isotoop verliest energie door het uitzenden van ioniserende deeltjes om een stabiele toestand te bereiken. Het ondergaat alfaverval door het uitzenden van alfastralen (α) met vervalenergie van 4,679 MeV.

Uranium-235 vervalvergelijking

Hieronder volgt een vervalvergelijking voor het alfaverval van deze isotoop:

92235U → 90231Th + 24He

Hierbij vertegenwoordigt de He (Helium) één alfadeeltje (α).

Uranium-235 ondergaat spontane splijting tijdens radioactief verval; geen standaardvergelijking kan deze reactie echter weergeven, omdat de resultaten nogal onvoorspelbaar zijn.

Uranium-235 vervalketen

De vervalketen van dit radioactieve metaal staat bekend als de Actiniumreeks met thorium-231 als de volgende isotoop in dit vervalproces. Thorium-231 is de dochternuclide van deze isotoop. Uranium-235 wordt ook wel Actinouranium genoemd omdat het de moederisotoop van de Actinium-serie is. Het produceert lood als het laatste stabiele element van deze alfavervalketen. Hier volgt de volledige vervalreeks van deze isotoop:

Uranium-235 →Thorium-231 → Protactinium-231 →Actinium-227 →Thorium-227 →Radium-223 →Radon-219 →Polonium-215 →Lead-211 →Bismut-211 →Thallium-207→ Lood-207 (stabiel)

Uranium-235 Halveringstijd

Deze radioactieve isotoop doet er 703,800.000 jaar nodig om te vervallen en te reduceren tot de helft van de oorspronkelijke hoeveelheid.

Splijtingsreactie van Uranium-235

Het was de eerste splijtbare Uranium-isotoop die werd ontdekt. Wanneer één neutron van de U-235 splijtingsreactie een andere kern van dit metaal tot splijting brengt, gaat de gehele kettingreactie door. Deze toestand wordt de “kritische toestand” genoemd, terwijl de massa van U-235 die nodig is om deze toestand te bereiken de “kritische massa” wordt genoemd. Het is mogelijk om een kritische kettingreactie te bereiken met een lage concentratie U-235. In deze gevallen worden de neutronen gematigd om hun snelheid in de reactie te verlagen, aangezien de kans op splijting groter is met langzame neutronen dan met snelle neutronen. Deze kettingreactie produceert vele fragmenten met een intermediaire radioactieve massa die in staat zijn energie te produceren door zelf radioactief verval te ondergaan. De splijting van Uranium-235 levert grote hoeveelheden energie op.

Het grootste deel van het totale Uranium-235 valt tijdens de splijting uiteen in kleinere kernen. Slechts een minieme hoeveelheid van dit materiaal ondergaat neutronenvangst waarbij Uranium-236 wordt gevormd.

Toepassingen van Uranium-235

Het feit dat deze isotoop een splijtbaar materiaal is dat grote hoeveelheden warmte en energie kan produceren, maakt het zeer nuttig in de industrie.

toepassingen in kernreactoren

Het wordt veel gebruikt in kernreactoren omdat het voldoende neutronen kan produceren om de kernsplijtingsreactie in stand te houden of voort te zetten. Nochtans, heeft het een neutronenmoderator nodig om het te helpen de kettingreactie ondersteunen door de neutronen te vertragen. Dit is te wijten aan het feit dat de concentratie van U-235 zeer laag is in natuurlijk voorkomend Uranium. Soms worden ook regelstaven gebruikt om het hele proces in kernreactoren te vertragen. Regelstaven zijn gemaakt van elementen als Borium en Cadmium, die de overtollige alfadeeltjes kunnen absorberen zonder zelf tot splijting over te gaan. Met behulp van de moderatoren en de regelstaven kan natuurlijk Uranium-235 voor industriële doeleinden worden gebruikt. Het wordt gebruikt als energiebron voor weerstations in afgelegen gebieden en ruimtevoertuigen.

Uraniummetaal verrijkt met Uranium-235 wordt gebruikt in zwaarwaterreactoren, terwijl lichtwaterreactoren laagverrijkt Uranium gebruiken.

Gebruik in kernwapens

Dit radioactieve metaal wordt soms gebruikt bij de produktie van kernwapens als vervanger van verarmd Uranium. Hoogverrijkt uranium werd gebruikt voor de atoombom Little Boy, die tijdens de Tweede Wereldoorlog (6 augustus 1945) op Hiroshima werd afgeworpen.

Gebruik in radioactieve datering

De radioactieve eigenschappen van deze isotoop worden gebruikt om de ouderdom van vele voorwerpen, waaronder fossielen en gesteenten, te bepalen. De lange halveringstijd van dit metaal helpt om de juiste ouderdom van deze voorwerpen te achterhalen.

Hoe kan Uranium-235 de gezondheid van de mens aantasten?

Deze radioactieve stof kan het menselijk lichaam binnendringen door inademing of inslikken van besmet voedsel of water. Het grootste deel van het ingeademde of ingeslikte U-235 verlaat het lichaam, met uitzondering van een klein deel dat in de nieren of de botten blijft zitten en daar wordt afgebroken. Het verhoogt het risico op leverschade en kanker.

Uranium-235 kan worden gebruikt als een rijke bron van energie. Een pond van dit radioactieve materiaal bevat evenveel energie als een miljoen liter benzine. Om zoveel energie uit dit metaal te halen, is het nodig om natuurlijk voorkomend Uranium te verrijken zodat het tenminste 2-3% Uranium-235 bevat in plaats van slechts 0,72%.