Urânio-235

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Uma pastilha de urânio altamente enriquecido com alta porcentagem de U-235.

Urânio-235 é um isotopo de urânio que é responsável por cerca de 0.72% do urânio natural. Diferente do isotopo predominante, o urânio-238, ele é físsil, ou seja, ele pode sustentar um reação em cadeia de fissão nuclear. É o único isotopo natural e físsil que é encontrado na natureza em quantidades relevantes alem de ser um nuclídeo primordial.

O urânio-235 tem uma meia-vida de 703.8 milhões de anos. Ele foi descoberto em 1935 por Arthur Jeffrey Dempster. Sua seção transversal nuclear para lentos nêutrons térmicos é de cerca de 504.81 barns. Para nêutrons rápidos sua seção transversal é da ordem de 1 barn.[1] Contudo nem todas as absorvições de nêutrons resultam em fissão; uma minoria resulta em captura neutrônica formando o urânio-236.

Fissão[editar | editar código-fonte]

Fissão nuclear de um átomo de Urânio-235.

A fissao de um atomo de Urânio-235 gera 202.5MeV = 3.24 × 10−11 J, ou seja 19.54 TJ/mol, ou 83.14 TJ/kg.[2] Quando radionuclídeos de 23592U são bombardeados por nêutrons, uma das varias reações de fissão que podem ocorrer é mostrada abaixo(mostrada na imagem a esquerda):

10n + 23592U14156Ba + 9236Kr + 3 10n

Reatores de água pesada e alguns reatores de grafite moderado podem usar urânio empobrecido, mas reatores de água leve devem usar o urânio levemente enriquecido por causa da absorvição de nêutrons água leve. O enriquecimento do urânio remove porcões de U-238 enquanto que aumenta a porcentagem de U-235 na composição. O urânio altamente enriquecido, que contem uma grande proporção de U-235 é muito utilizado em armas nucleares.

Se um nêutron proveniente da fissão de um núcleo de urânio-235 acerta outro núcleo de urânio-235 e o fissiona, então a cadeia de reação vai continuar. Se a reação se sustentar, ela pode criar uma massa crítica, e a massa de U-235 requirida para produzir massa critica é de alguns quilogramas. A fissão nucelar produz fragmentos de fissão que em geral são altamente radioativos e produz energia posteriormente devido ao decaimento radioativo. Alguns deles produzem nêutrons chamados de nêutrons atrasados, que contribuem para a reação de fissão em reatores, enquanto que se produzidos por detonações nucleares apenas vão liberar radiação ao meio ambiente. Em reatores nucleares, a reação é atrasada pela adição de barras de controle que são feitas de elementos químicos como o boro, háfnio e cadmio pois podem absorver uma grande quantidade de nêutrons. Em armas nucleares, a reação é descontrolada, a grande e rápida liberação de energia da fissão nuclear cria uma detonação nuclear.

Armas Nucleares[editar | editar código-fonte]

A arma Little Boy, uma arma nuclear do tipo balístico, lançada sobre Hiroshima em 6 de agosto de 1945 foi feita de urânio altamente enriquecido. A massa critica nominal para uma esfera de U-235 nua é de 56 kg,[3] ou seja uma esfera de 17.32 cm (6.8") de diâmetro. O material necessário deve ter 85% ou mais de 235. Mas a massa critica pode ser diminuída em ate um quarto com o uso de iniciadores de nêutrons, reforço de trítio, geometria correta e refletores de nêutrons tendo grande impacto econômico na fabricação e eficiência dessas armas. Atualmente é preferível o uso de um isotopo do plutônio, o plutônio-239 em armas nucleares.[4][5] Contudo o urânio enriquecido ainda é extensivamente utilizado no segundo estagio de bombas de hidrogênio.

Fonte Energia media liberada [MeV][2]
Energia liberada instantaneamente
Energia cinética dos fragmentos 169.1
Energia cinética de nêutrons rápidos     4.8
Energia portada por raios gama     7.0
Energia do decaimento de produtos da fissão|style="background:#8989f9"|
Energia de partículas β     6.5
Energia de raios γ atrasados     6.3
Energia produzida quando nêutrons são capturados sem ocorrer fissão     8.8
Energia convertida em calor em um reator 202.5
Energia de anti-neutrinos     8.8
Sum 211.3

Referências

  1. Some Physics of Uranium
  2. a b Nuclear fission and fusion, and neutron interactions, National Physical Laboratory.
  3. FAS Nuclear Weapons Design FAQ, accessed 2010-9-2. There are numerous other references on the net, and with modern computers, this is fairly easy to calculate, so secrecy cannot aid security.
  4. FAS contributors (ed.). Nuclear Weapon Design Federation of American Scientists [S.l.] 
  5. Miner [S.l.: s.n.] 1968. p. 541 

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