El uranio 235 ( 235 U) es un isótopo del uranio que constituye aproximadamente el 0,72% del uranio natural . A diferencia del isótopo predominante uranio-238 , es fisible , es decir, puede sostener una reacción nuclear en cadena . Es el único isótopo fisible 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 . [1] Para los neutrones rápidos es del orden de 1 granero. [2] La mayoría de las absorciones de neutrones, aunque no todas, resultan en fisión; una minoría da como resultado la captura de neutrones que forma uranio-236 . [ cita requerida ]
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. [3] Otros 8,8 MeV escapan del reactor como antineutrinos. Cuándo235
92Los nucleidos U 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 los reactores de submarinos nucleares , reactores de investigación y armas nucleares .
Si al menos un neutrón de la fisión del uranio-235 choca contra otro núcleo y hace que se fisione, la reacción en cadena continuará. Si la reacción se mantiene por sí misma, se dice que es crítica , y la masa de 235 U requerida para producir la condición crítica se dice que es una masa crítica. Se puede lograr una reacción en cadena crítica a concentraciones bajas de 235 U si los neutrones de fisión se moderan para disminuir su velocidad, ya que la probabilidad de fisión con neutrones lentos es mayor. Una reacción en cadena de fisión produce fragmentos de masa intermedios que son altamente radiactivos y producen más energía por suDesintegración 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 las 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 es descontrolada y la gran cantidad de energía liberada crea una explosión nuclear .
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 para un arma nuclear de 235 U sin manipular es de 56 kilogramos (123 lb), [4] que formaría una esfera de 17,32 centímetros (6,82 pulgadas) de diámetro. El material debe tener un 85% o más de 235 U y se conoce como uranio de calidad para armas , aunque para un arma tosca e ineficaz, el enriquecimiento del 20% es suficiente (llamado arma (s) utilizable ). Se puede usar un enriquecimiento incluso menor, pero esto da como resultado la masa crítica requeridaincrementando rapidamente. El uso de un gran sabotaje, geometrías de implosión , tubos de activación, activadores de polonio , realce de tritio y reflectores de neutrones puede permitir un arma más compacta y económica que utilice una cuarta parte o menos de la masa crítica nominal, aunque esto probablemente solo sea posible en un país que ya contaba con una amplia experiencia en la ingeniería de armas nucleares. La mayoría de los diseños de armas nucleares modernas utilizan plutonio-239 como componente fisible de la etapa primaria; [5] [6] sin embargo, HEU (uranio altamente enriquecido, en este caso uranio que es 20% o más 235U) se utiliza a menudo en la etapa secundaria como encendedor del combustible de fusión.