Uranio-235

Isótopo de uranio

Uranio-235 (235U o U-235) es un isótopo de uranio que constituye aproximadamente 0,72% de uranio natural. A diferencia del isótopo predominante uranio-238, es fisible, es decir, puede soportar una reacción nuclear en cadena. Es el único isótopo fisionable que existe en la naturaleza como nucleido primordial.

El uranio-235 tiene una vida media de 703,8 millones de años. Fue descubierto en 1935 por Arthur Jeffrey Dempster. Su sección transversal de fisión para neutrones térmicos lentos es de aproximadamente 584,3 ± 1 graneros. Para los neutrones rápidos es del orden de 1 barn. La mayoría de las absorciones de neutrones inducen la fisión, aunque una minoría da como resultado la formación de uranio-236.

Propiedades de la fisión

La fisión de un átomo de uranio-235 libera 202,5 MeV (3,24×10−11 J) dentro del reactor. Eso corresponde a 19,54 TJ/mol, o 83,14 TJ/kg. Otros 8,8 MeV escapan del reactor en forma de antineutrinos. Cuando 23592U nucleidos son bombardeados con neutrones, una de las muchas reacciones de fisión que puede sufrir es la siguiente (que se muestra en la imagen adyacente):

Los reactores de agua pesada y algunos reactores moderados con grafito pueden utilizar uranio natural, pero los reactores de agua ligera deben utilizar uranio poco enriquecido debido a la mayor absorción de neutrones del agua ligera. El enriquecimiento de uranio elimina parte del uranio-238 y aumenta la proporción de uranio-235. El uranio altamente enriquecido (UME), que contiene una proporción aún mayor de uranio-235, se utiliza a veces en reactores de submarinos nucleares, reactores de investigación y armas nucleares.

Si al menos un neutrón de la fisión del uranio-235 golpea otro núcleo y provoca su fisión, entonces la reacción en cadena continuará. Si la reacción continúa manteniéndose, se dice que es crítica, y la masa de 235U requerida para producir la condición crítica se dice que es una masa crítica. Se puede lograr una reacción en cadena crítica a bajas concentraciones de 235U si los neutrones de la fisión se moderan para reducir su velocidad, ya que la probabilidad de fisión con neutrones lentos es mayor. Una reacción en cadena de fisión produce fragmentos de masa intermedia que son altamente radiactivos y producen más energía mediante su desintegración radiactiva. Algunos de ellos producen neutrones, llamados neutrones retardados, que contribuyen a la reacción en cadena de fisión. La potencia de salida de los reactores nucleares se ajusta mediante la ubicación de barras de control que contienen elementos que absorben fuertemente neutrones, por ejemplo, boro, cadmio o hafnio, en el núcleo del reactor. En las bombas nucleares, la reacción no está controlada y la gran cantidad de energía liberada crea una explosión nuclear.

Armas nucleares

La bomba atómica tipo pistola Little Boy lanzada sobre Hiroshima el 6 de agosto de 1945 estaba hecha de uranio altamente enriquecido con un gran pisón. La masa crítica esférica nominal de un arma nuclear 235U no manipulada es de 56 kilogramos (123 libras), lo que formaría una esfera de 17,32 centímetros (6,82 pulgadas) de diámetro. El material debe tener un 85% o más de 235U y se conoce como uranio apto para armas, aunque para un arma tosca e ineficiente es suficiente un enriquecimiento del 20% (llamado utilizable para arma(s)). Se puede utilizar un enriquecimiento incluso menor, pero esto da como resultado un rápido aumento de la masa crítica requerida. El uso de un gran tampón, geometrías de implosión, tubos disparadores, disparadores de polonio, potenciadores de tritio y reflectores de neutrones pueden permitir un arma más compacta y económica que utilice un cuarto o menos de la masa crítica nominal, aunque esto probablemente sólo sería posible en un país que ya tenía una amplia experiencia en la ingeniería de armas nucleares. La mayoría de los diseños de armas nucleares modernas utilizan plutonio-239 como componente fisionable de la etapa primaria; sin embargo, el UME (uranio altamente enriquecido, en este caso uranio con un 20 % o más de 235U) se utiliza con frecuencia en la etapa secundaria como encendedor del combustible de fusión.

Fuente

Energía media

liberado [MeV]

Energía instantáneamente liberada

Energía cinética de fragmentos de fisión

169.1

Energía cinética de neutrones rápidos

4.8

Energía transportada por rápidos rayos γ

7.0

Energía de productos de fisión decadente

Energía de β - partículas

6.5

Energía de rayos γ retardados

6.3

Energía liberada cuando los neutrones rápidos que no (re)producen la fisión son capturados

8.8

Energía total convertido en calor en un reactor nuclear térmico operativo

202.5

Energy of anti-neutrinos

8.8

Sum

211.3

Cadena de descomposición natural

Usos

El uranio-235 tiene muchos usos, como combustible para plantas de energía nuclear y en armas nucleares como bombas nucleares. Algunos satélites artificiales, como el SNAP-10A y los RORSAT, estaban propulsados por reactores nucleares alimentados con uranio-235.

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