Уран 235 (, ), історична назва актиноура́н (, позначається символом AcU) — ізотоп урану з масовим числом 235. Ізотопна поширеність урану-235 в природі складає 0,7200(51) %. Є родоначальником радіоактивного сімейства 4n+3, який називається рядом актинію. Відкритий у 1935 році ()Today in science history .

На відміну від іншого, найбільш поширеного ізотопа урану , в можлива самопідтримувана ланцюгова ядерна реакція. Тому цей ізотоп використовується як паливо в ядерних реакторах, а також в ядерній зброї. Це єдиний розщеплювальний ізотоп, що присутній в природі у невеликій кількості.

Активність одного грама цього нукліда становить приблизно 80 кБк.

Утворення і розпад Уран-235 утворюється в результаті наступних розпадів: β−-розпад нукліда (період напіврозпаду складає 24,44(11) хв):

K-захват, здійснюваний нуклідом (період напіврозпаду складає 396,1(12) днів):

α-розпад нукліда (період напіврозпаду складає 2,411(3) років):

Розпад урану-235 відбувається за наступними напрямками: α-розпад в (ймовірність 100 %, енергія розпаду 4 678,3(7) кеВ):

Спонтанний поділ (ймовірність 7(2) %); Кластерний розпад з утворенням нуклідів , і (ймовірності відповідно складають 8(4) %, 8 %, 8 %):

Вимушений поділ

На початку 1930-х рр. Енріко Фермі проводив опромінення урану нейтронами, намагаючись отримати таким способом трансуранові елементи. Але в 1939 р. О. Ган і Ф. Штрасман змогли показати, що при поглинанні нейтрона ядром урану відбувається вимушена реакція поділу. Як правило, ядро ділиться на два уламки, при цьому вивільняється 2-3 нейтрона (див. схему).

В продуктах поділу урану-235 було виявлено близько 300 ізотопів різних елементів: від Z=30 (цинк) до Z=64 (гадоліній). Крива залежності відносного виходу ізотопів, що утворюються при опроміненні урану-235 повільними нейтронами, від масового числа — симетрична і за формою нагадує букву «M». Два виражених максимуми цієї кривої відповідають масовим числам 95 і 134, а мінімум припадає на діапазон масових чисел від 110 до 125. Таким чином, поділ урану на осколки рівної маси (з масовими числами 115-119) відбувається з меншою ймовірністю, ніж асиметричний поділ, така тенденція спостерігається у всіх ізотопів, що діляться, і не пов'язана з якими-небудь індивідуальними властивостями ядер або частинок, а властива самому механізму поділу ядра. Однак асиметрія зменшується при збільшенні енергії збудження ядра, яке ділиться, і при енергії нейтрона понад 100 МеВ розподіл осколків поділу за масами має один максимум, що відповідає симетричному поділу ядра.

Осколки, що утворюються при поділі ядра урану, в свою чергу є радіоактивними, і зазнають ряду β−-розпадів, при яких поступово протягом тривалого часу виділяється додаткова енергія. Середня енергія, яка виділяється при розпаді одного ядра урану-235 з врахуванням розпадів осколків, становить приблизно 202,5 МеВ = 3,244 Дж, або 19,54 ТДж/моль = 83,14 ТДж/кг.

Поділ ядер — лише один з багатьох процесів, можливих при взаємодії нейтронів з ядрами, саме він лежить в основі роботи будь-якого ядерного реактора.

Ланцюгова ядерна реакція

При розпаді одного ядра зазвичай випускається від 1 до 8 (в середньому — 2.5) вільних нейтронів. Кожен нейтрон, що утворився при розпаді ядра , за умови взаємодії з іншим ядром , може викликати новий акт розпаду, це явище називається ланцюговою реакцією поділу ядра.

Гіпотетично, кількість нейтронів другого покоління (після другого етапу розпаду ядер) може перевищувати 3² = 9. З кожним наступним етапом реакції поділу кількість утворених нейтронів може наростати лавиноподібно. В реальних умовах вільні нейтрони можуть не породжувати новий акт поділу, покидаючи зразок до захоплення , або будучи захопленими як самим ізотопом з перетворенням його в , так і іншими матеріалами (наприклад, , або утвореними уламками поділу ядер, такими як або ).

Якщо в середньому кожен акт поділу породжує ще один новий акт поділу, то реакція стає самопідтримуваною; цей стан називається критичним (див. також Коефіцієнт розмноження нейтронів).

В реальних умовах досягти критичного стану урану не так просто, оскільки на протікання реакції впливає ряд факторів. Наприклад, природний уран лише на 0,72 % складається з , 99,2745 % складає , який поглинає нейтрони, що утворюються при поділі ядер . Це призводить до того, що в природному урані в даний час ланцюгова реакція поділу дуже швидко затухає. Здійснити незатухаючу ланцюгову реакцію поділу можна декількома основними шляхами: Збільшити об'єм зразка (для виділеного з руди урану можливе досягнення критичної маси за рахунок збільшення об'єму); Здійснити розділення ізотопів, підвищуючи концентрацію у зразку; Зменшити втрату вільних нейтронів через поверхню взірця з допомогою застосування різних відбивачів; Використовувати речовину — сповільнювач нейтронів для підвищення концентрації теплових нейтронів.

Ізомери Відомий єдиний ізомер m з наступними характеристиками: Надлишок маси: 40 920,6(1,8) кеВ Енергія збудження: 76,5(4) еВ Період напіврозпаду: 26 хв Спін і парність ядра: 1/2+ Розпад ізомерного стану здійснюється шляхом ізомерного переходу в основний стан.

Застосування Уран-235 використовується як паливо для ядерних реакторів, в яких здійснюється керована ланцюгова ядерна реакція поділу; Уран з високим ступенем збагачення застосовується для створення ядерної зброї. В цьому випадку для вивільнення великої кількості енергії (вибуху) використовується некерована ланцюгова ядерна реакція.

Див. також Збагачення урану ТВЕЛ Поділ ядра Ізотопи урану Розділення ізотопів

Примітки