Кіріспе

Уранның изотопы

Уран-235 (235U немесе U 235) – табиғи уранның шамамен 0,72% құрайтын уранның изотопы. Басым изотоп – уран-238-нен айырмашылығы, ол бөлінетін, яғни ядролық тізбекті реакцияны қолдай алады. Бұл табиғатта бастапқы нуклид ретінде кездесетін жалғыз бөлінетін изотоп. Уран-235-тің жартылай ыдырау периоды 703,8 миллион жылды құрайды. Оны 1935 жылы Артур Джеффри Демпстер ашқан. Оның баяу термиялық нейтрондарға қатысты бөліну қимасы шамамен 584,3 барн-ға тең. Жылдам нейтрондар үшін шамамен 1 барн-ды құрайды. Көптеген нейтрон сіңірулер бөлінуге әкеледі, бірақ аз бөлігі уран-236 түзілуіне себеп болады.

Бөліну қасиеттері

Уран-235 бір атомының бөлінуі реактор ішінде 202,5 (3,24) энергия бөліп шығарады. Бұл 19,54 ТЖ/моль немесе 83,14 ТЖ/кг құрайды. Тағы 8,8 МэВ антинейтрино түрінде реактордан шығып кетеді. 23592U ядролары нейтрондармен бомбаланғанда, олардың тудыра алатын көптеген бөліну реакцияларының бірі төмендегідей (жанындағы суретте көрсетілген): Ауыр су реакторлары және кейбір графитпен баяулатылатын реакторлар табиғи уранды пайдалана алады, бірақ жеңіл су реакторлары жеңіл судың нейтрондарды сіңіру қабілеті жоғары болғандықтан, аздап байытылған уранды қолдануы керек. Уранды байыту 238 уранның бір бөлігін алып тастап, 235 уранның үлесін арттырады. Көбінесе ядролық су асты кемелерінің, зерттеу реакторларының және ядролық қарулардың реакторларында уран-235 мөлшері одан да көп болатын жоғары байытылған уран (ЖБУ) қолданылады. Егер уран-235 бөлінуі кезінде кем дегенде бір нейтрон басқа ядроға тиіп, оны бөлінуге итерсе, тізбекті реакция жалғасады. Егер реакция өзін-өзі ұстап тұрса, онда ол сындық деп есептеледі, ал сындық жағдайды тудыруға қажетті 235U массасы сындық масса деп аталады. Бөлінуден шыққан нейтрондардың жылдамдығын төмендету арқылы 235U-дың төмен концентрациясында да сындық тізбекті реакцияға қол жеткізуге болады, себебі баяу нейтрондармен бөліну ықтималдығы жоғары. Физиялық тізбекті реакция жоғары радиоактивті аралық массалы фрагменттерді тудырады, олар радиоактивті ыдырау арқылы қосымша энергия шығарады. Олардың кейбіреулері тізбекті реакцияға үлес қосатын кідіріс нейтрондары деп аталатын нейтрондарды шығарады. Ядролық реакторлардың қуаттылығын реактордың активтік аймағында нейтрондарды күшті сіңіретін элементтер бар басқару таяқшаларын (мысалы, бор, кадмий немесе гафний) орналастыру арқылы реттеуге болады. Ядролық бомбаларда реакция бақылаусыз жүреді және босатылған энергияның көп мөлшері ядролық жарылысқа әкеледі.