Uran-235
| Uran-235 | |||
|---|---|---|---|
 Uran-235 | |||
| Symbol | 235U | ||
| Forekomst | 0,72 % | ||
| Kjernedata | |||
| Atommasse | 235,0439299(20) u | ||
| Protoner | 92 | ||
| Nøytroner | 143 | ||
| Spinn | 7/2- | ||
| Bindingsenergi | 1 783 870,285 ± 1,996 keV | ||
| Radioaktivitet | |||
| Halveringstid | 7,038•108 år | ||
| Henfall | 231Th | ||
Uran 235 (235U) er en naturlig forekommende uranisotop. Den skiller seg fra den langt mer alminnelige isotopen 238U, ved at den kan nedbrytes ved spontan fisjon. Det er nettopp denne egenskapen som utnyttes både i enkelte typer av kjernevåpen og i visse former for kjernekraft. 235U er den eneste naturlig forekommende isotop som kan brukes i kjernefysisk fisjon, og utvinnes i mengder, noe som gjør det økonomisk forsvarlig. 235U ble oppdaget i 1935 av Arthur Jeffrey Dempster.
Anriket uran er en betegnelse for uran, hvor den prosentvise andelen av 235U-isotopen er blitt kunstig økt gjennom isotopseparasjon. Naturlig forekommende uran består av 99,2745% 238U , 0,72 vektprosent 235U og 0,0055% 234U.
Hvis bare ett nøytron treffer en 235U-kjerne, vil kjernen spaltes under utsendelse av flere nøytroner. Hvis massen av uran er stor nok til at fisjonen er selvoppholdende, sier man at massen er kritisk. Massen av uran (eller andre radioaktive stoffer, som for eksempel plutonium), som kreves for at en fisjon kan opprettholde seg selv, kalles således den kritiske massen. For å stoppe en kjernereaksjon i et kjernekraftverk fra å løpe løpsk, styrer man fisjonen med kontrollstaver, typisk bestående av grafitt, hafnium, kadmium eller bor, som absorberer noen av de frie nøytronene slik at man kan kontrollere fisjonsprosessen. En ukontrollert fisjon kan bety en dårligere utnyttelse av energien, eller til og med en nedsmelting. I et kjernefysisk våpen vil den høye andelen av fissilt materiale (stoff som kan nedbrytes ved spontan fisjon) føre til en ukontrollert kjedereaksjon og forårsake en ekstremt voldsom eksplosjon.
Fisjonen av ett 235U-atom genererer 200 MeV = 3,2×10-11 J, tilsvarende 18 TJ/Mol = 77 TJ/Kg. Ca 5 % av energien forsvinner riktig nok i form av nøytrinoer.
Anriket uran
[rediger | rediger kilde]Anriket uran er en grunnleggende komponent både for den sivile atomkraftindustrien og produksjon av kjernefysiske våpen. Nettopp på grunn av potensielt bruk i våpenproduksjon, blir spredningen og anrikingen av uran intenst overvåket av Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA). Naturlig uran utgjør i seg selv ingen trussel; først må andelen av 235U økes i en prosess som kalles anriking. Med en halveringstid på 4,46 milliarder år er 238U ikke særlig radioaktivt, og faktisk benyttes 238U som strålingsskjold mot mer radioaktive isotoper og røntgenstråler. Til sammenligning har 235U en halveringstid på ca. 700 millioner år.
Under USAs utvikling av atombomben (Manhattanprosjektet) gikk anriket uran under betegnelsen oralloy — en sammentrekning av Oak Ridge, Tennessee, navnet på byen hvor rektoren for anriking lå, og «alloy» (Norsk: legering) Oralloy brukes fortsatt som en betegnelse for anriket uran.
238U som blir til overs etter opparbeidelsen kalles utarmet uran. Utarmet uran er langt mindre radioaktivt enn naturlig uran, men har stadig en meget høy densitet (tetthet), noe som gjør det velegnet for eksempel til armering av kjøretøy og panserbrytende ammunisjon.
Grader av anriking
[rediger | rediger kilde]Det finnes i hovedsak tre grader av anriking: lett, lavt og høyt anriket uran.
Lett anriket uran inneholder mellom 0,9 og 2 % 235U. Lett anriket uran er en relativ ny form for uran, som særlig blir brukt som brennstoff i visse tungtvannsreaktorer, hvor man tidligere brukte nøytralt uran. Det er billigere å bruke lett anriket uran, da det trengs mindre brennstoff, noe som samtidig betyr reduserte utgifter for avfallshåndtering. En måte å produsere lett anriket uran på, er ved å gjenbruke uran fra lettvannsreaktorer. Uranen herfra har vanligvis et høyere innhold av 235U
Lavt anriket uran inneholder under 20 %235U. Lavt anriket uran brukes i de mest vanlige og mest utbredte lettvannsreaktorene. Uranet som brukes i disse reaktorene er normalt opparbeidet til mellom 3 og 5 % 235U. til bruk i forsøksreaktorer opparbeides uranet til mellom 12 og 19.75 %. Lavt anriket uran med under 5,4 % 235U kan ikke brukes til kjernefysiske våpen. Uran anriket til 10 % 235U har en kritisk masse på omtrent 3 800 kg, noe som gjør det uegnet til bruk i kjernefysiske våpen.
Høyt anriket uran har en konsentrasjon på mer enn 20 % 235U eller 233U. Det blir hovedsakelig brukt til kjernevåpen, som drivstoff til atomubåter og mindre mengder som fissilt materiale i forsøksreaktorer. Det uranet, som tradisjonelt har blitt brukt innen produksjon av kjernevåpen, har som regel en konsentrasjon på mer enn 85 % av 235U-isotopen. I teorien ville man riktig nok kunne lage en ineffektiv atombombe, bare innholdet av 235U overstiger 20 %. Skal man under 20 %, stiger grensen for den kritiske massen drastisk (kritisk masse for uran anriket til 20 % er omtrent 700 kg). Den kritiske massen for uran med et innhold på 85 % 235U er ca. 50 kg. Den kritiske massen kan riktignok forminskes ved hjelp av en ekstern nøytronkilde og retningsbestemt sprengstoff. Little Boy var basert på 235U som det fissile materialet. Stort sett alle moderne kjernevåpen benytter seg av plutonium, som er lettere å fremstille. Høyt anriket uran benyttes også i de reaktorene som driver atomubåter. 235U-nivået for disse reaktorene ligger på mellom 50 og 90 %.
Anrikingsmetoder
[rediger | rediger kilde]Isotopseparasjon er en vanskelig og energikrevende prosess. De to uranisotopene har en nesten identisk vekt — 235U er kun 1,26 % lettere enn 238U. Der eksisterer forskjellige måter å separere disse to isotopene på, men de utnytter alle den lille forskjellen i atomvekt. Felles for metodene er også at de opparbeider uranet ved å gjenta den samme prosessen om og om igjen — på samme måte som når man for eksempel destillerer alkohol.