Energia rozszczepienia U-235
(Przeredagowany na potrzeby internetu tekst broszury Spotkanie z promieniotwórczością).
235U jest jedynym naturalnym izotopem rozszczepialnym przez neutrony termiczne. Jego koncentracja w naturalnym uranie (głównie 238U) jest jednak bardzo mała - zaledwie 0,72%. Do wykorzystania w celach badawczych, energetycznych lub militarnych należy uran wzbogacić, czyli zwiększyć ilości izotopu o masie 235 w stosunku do izotopu o masie 238.
Energia wyzwalana podczas rozszczepienia pojedynczego jądra 235U wynosi około 200 MeV. Dla porównania:
- spalenie jednego atomu węgla daje 4 eV, czyli około 50 milionów razy mniej,
- spalenie 1 kg węgla daje 2,5 miliona razy mniej ciepła niż reakcja rozszczepienia 1 kg uranu.
Dlatego elektrownie jądrowe są tak wydajne. Poniższa tabela pokazuje uśredniony rozkład energii pomiędzy różne produkty reakcji rozszczepienia.
| Wartość [MeV] | Składowe wyzwalanej energii |
|---|---|
| 167 | Energia kinetyczna fragmentów rozszczepienia (X i Y) |
| 5 | Energia kinetyczna neutronów |
| 17 | Energia rozpadów beta |
| 7 | Energia promieniowania gamma |
| 196 | Razem |
Ogromna wartość energii wyzwalanej z niewielkiej masy ma również znaczenie dla wojska i stanowi o niszczycielskiej sile bomby atomowej. Energia (na cząsteczkę) wyzwalana podczas eksplozji konwencjonalnego środka wybuchowego, jakim jest trotyl (trinitrotoluen -TNT o wzorze chemicznym (NO2)3C6H2CH3), jest około 18 milionów razy mniejsza niż w reakcji jądrowej.
Należy jednak pamiętać, że nie każde jądro uranu musi rozpaść się podczas reakcji. Pierwsza bomba atomowa zużyła „zaledwie" 6% energii zawartego w niej uranu.
Warto jednak wiedzieć, że niszczycielskie działanie bomby jest w większym stopniu związane z działaniem cieplnym i podmuchem powstającym po wybuchu niż z promieniowaniem jądrowym.
Reakcja rozszczepienia a defekt masy
Energia wiązania, jest równoważna defektowi masy i wynosi w jądrze uranu 7,59 MeV na każdy nukleon, a we fragmentach rozszczepienia jest większa o około 0,9 MeV/nukleon.
W wyniku rozszczepienia nukleony przechodzą od słabszego wiązaniaw jądrze 235U, do silniejszych wiązań w jądrach fragmentów rozszczepienia. Przejściu ze stanu słabiej związanego do stanu silniej związanego towarzyszy emisja energii równa różnicy energii wiązań.
Energia uwalniana w pojedynczej reakcji rozszczepienia 235U będzie więc równa iloczynowi liczby nukleonów (236 po absorpcji neutronu) i różnicy energii wiązań 0,9 MeV/nukleon. W wyniku mnożenia otrzymujemy około 200 MeV.
Odpowiadający tej energii defekt masy nie jest duży, około jednej tysięcznej części masy jądra 236U.
