Кіріспе

Уранның бөлінгіш изотопы

Уран-233 (233U немесе U-233) – торий отын циклының бір бөлігі ретінде торий-232-ден алынатын уранның бөлінгіш изотопы. Уран-233 ядролық қару жасауда және реактор отыны ретінде қолдану мүмкіндігі зерттелді. АҚШ Суық соғыс кезеңінде химиялық және изотоптық тазалығы әртүрлі деңгейде шамамен 2 тонна уран-233 өндірді. Бұл өндіріс 239 плутоний өндіруге арналған Ханфорд және Саванна-Ривер нысандарындағы реакторларда жүзеге асырылды.

Ядролық отын

Уран-233 бірнеше түрлі реакторларда отын ретінде қолданылған және бірнеше жаңа конструкциялар үшін отын ретінде ұсынылуда (торий отын циклын қараңыз), олардың барлығы торийден өндіріледі. Уран-233 жылдам реакторларда да, термиялық реакторларда да өндірілуі мүмкін, уран-238 негізіндегі отын циклдарынан айырмашылығы, плутоний өндіру үшін, яғни тұтынылғаннан артық бөлінетін материал алу үшін, жоғары нейтрондық тиімділігі бар жылдам реактор қажет. Торий қоры мол Үндістанның ядролық энергетика бағдарламасының ұзақ мерзімді стратегиясы – торий шикізатынан уран-233 өндіретін ядролық бағдарламаға көшу.

Босатылған энергия

Уран-233 бір атомының бөлінуі 197,9 МэВ = 3,171·10−11 Дж (яғни 19,09 ТДж/моль = 81,95 ТДж/кг = 22764 МВт/кг, бұл дизельдің сол массасынан 1,8 миллион есе артық). Көзі: Орташа шығарылатын энергия (МэВ) Бірден шығарылатын энергияБөліну фрагменттерінің кинетикалық энергиясы 168,2Жылдам нейтрондардың кинетикалық энергиясы 4,8Жылдам γ сәулелері тасымалдайтын энергия 7,7Бөліну өнімдерінің ыдырауынан шығарылатын энергия β− бөлшектерінің энергиясы 5,2Антинейтринолардың энергиясы 6,9Кейіктірілген γ сәулелерінің энергиясы 5,0Жалпы (қашқан антинейтриноларды есептемегенде) 191,0Бөлінуді (қайта) қамтамасыз етпейтін жылдам нейтрондар ұсталғанда шығарылатын энергия 9,1Жұмыс істеп тұрған термиялық ядролық реакторда жылуға айналатын энергия 200,1

Қару материалы

Потенциалды қару материалы ретінде таза уран-233, уран-235-ке қарағанда плутоний-239-ға көбірек ұқсас (өндірілген және табиғи), жартылай ыдырау мерзімі және сыни массасы (бериллиймен қапталған сферада екеуі де 4–5 кг). Реакторда өсірілген плутонийден айырмашылығы, оның өте төмен спонтанды бөліну деңгейі бар, бұл төмен сыни массасымен бірігіп, бастапқыда кішкентай диаметрлі артиллериялық снарядтар сияқты ықшам қару түрлеріне қызығушылық тудырды. АҚШ ядролық бағдарламасының 1966 жылғы құпия хатында уран-233 қару материалы ретінде өте қанағаттанарлық екені көрсетілген, бірақ ол плутонийден тек сирек жағдайларда ғана артық болды. Егер қазіргі қарулар плутоний-239 орнына уран-233 негізінде жасалған болса, Ливермор плутонийге көшуге мүдделі болмас еді деп мәлімделді. Уран-232-нің болуы уран-233-ті өндіру мен пайдалануды қиындатады, бірақ Ливермордың хатында бұл қиындықтан шығуға болатыны көрсетілген. Алайда, бұл изотоптың қару ретінде қолданылғаны туралы көп мәлімет жоқ: АҚШ 1955 жылғы "MET" операциясының сынағында плутоний/233U композиттік шұңқырды қолданған эксперименталды құрылғыны сынады; оның дизайны 1951 жылғы "Buster Jangle" операциясының "Easy" сынағында қолданылған TX 7E прототипінің плутоний/235U шұңқырына негізделген, бұл Mark 7 ядролық бомбасының прототипі болды. "MET" сынағының нақты қуаты 22 килотоннаны құрады, бұл болжамды 33 килотоннадан төмен болғандықтан, алынған ақпараттың құндылығы шектеулі болды. Сол жылы КСРО өзінің алғашқы сутегі бомбасын – 235U және 233U бөлінетін ядросы бар RDS-37-ні сынады. 1998 жылы, "Pokhran II" сынақтары аясында, Үндістан 233U-дан жасалған, төмен қуатты (0,2 кт) "Shakti V" эксперименталды құрылғысын сынады.

Hanford полигонындағы B реакторы және басқалары қару сапасындағы материал өндіруге бағытталған және 233U өндіру үшін пайдаланылды. Жалпы, АҚШ әртүрлі тазалық деңгейіндегі 2 тонна 233U өндірген деп есептеледі, олардың кейбіреулерінде 232U қоспасы 6 ppm-ге дейін төмен болды.

Қосымша ақпарат

Торий, 233U-дың пайда болуына арналған, жер қыртысында ураннан шамамен 3-4 есе көп кездеседі. 233U-дың ыдырау тізбегі нептуний сериясының бөлігі болып табылады, ол өз кезегінде 237Np-ның ыдырау тізбегінен туындайды. Уран-233-тің қолданылуына оның ыдырау өнімдерінің ішіндегі актиний-225 және висмут-213 медициналық изотоптарын өндіру, ғарыш саяхаттарына арналған кішігірім ядролық реакторлар, изотоптық маркер ретінде қолдану, ядролық қарулар саласындағы зерттеулер және торий отын циклын қоса алғанда, реактор отынына қатысты зерттеулер жатады. Уран-233-тің ыдырау өнімі болып табылатын висмут-213 радиоизотопы, кейбір қатерлі ісіктерді, соның ішінде жедел миелоидты лейкемияны, бүйрек, қарын және басқа да органдардың қатерлі ісіктерін емдеуде үміт береді.