Почему U235 вместо U238?

Ни один из ответов не касается того, что на самом деле означает «делящийся материал», почему следует использовать делящиеся материалы и почему нельзя использовать неделящиеся материалы.

• Деление любого делящегося изотопа по своей природе высвобождает вероятностное количество нейтронов, среднее значение которого колеблется от 2 до 4 на одно деление (нижняя таблица (v столбец)) , и это число не является основным критерием для выбора изотопа.
• Вопреки некоторым комментариям здесь, U-238 может делиться , и ядерная стабильность связана не только с большим количеством нейтронов.

Ключевой частью определения делящегося вещества является то, что делящийся материал может поддерживать деление нейтронами любой энергии . Это означает, что любой нейтрон в местной популяции нейтронов может вызвать деление, хотя в случае большинства изотопов (включая U-235) нейтроны с более низкой «тепловой» энергией с большей вероятностью вызовут деление. Этот момент понимается с базовым пониманием нейтронных сечений и критической энергии , зависящих от энергии каждого изотопа .

Критическая энергия — это уровень энергии возбуждения ядра, выше которого может произойти деление.

• В делящихся изотопах, таких как U-235, критическая энергия равна или ниже возбуждения ядра, когда оно поглотило нейтрон. Таким образом, любой поглощенный нейтрон может вызвать деление в этих ядрах, хотя у них все еще есть вероятность захвата (U-235 может поглотить нейтрон и превратиться в U-236 вместо деления).
• В делящихся и неделящихся изотопах, таких как U-238, критическая энергия больше, чем возбуждение ядра, когда оно поглотило нейтрон, поэтому нейтрон должен принести дополнительную энергию, чтобы вызвать деление.
• Низкая критическая энергия и способность к делению обычно связаны с нечетным количеством нейтронов.

Сечения нейтронов, зависящие от энергии

• График в ссылке показывает, что только нейтроны очень высокой энергии могут вызывать деление в U-238 (крайняя правая коричневая линия) (обратите внимание на логарифмические оси), что соответствует концепции критической энергии; только нейтроны с энергией выше определенной приносят достаточно ядра U-238, чтобы поднять его энергию выше критической.
• Это также показывает, что любая энергия нейтронов может вызвать деление урана-235.

Отвечать

• Поскольку слишком мало нейтронов рождается при делении с энергией, необходимой для деления U-238 (и других неделящихся изотопов), реакция только с U-238 не является устойчивой.
• Все нейтроны могут вызвать деление в U-235, поэтому его реакция устойчива.

Требование к тому, чтобы материал был делящимся (способным поддерживать цепную реакцию деления), состоит не только в том, чтобы он содержал нейтроны, но и в том, чтобы каждое деление высвобождало достаточно нейтронов с нужной энергией, чтобы вызвать дальнейшие реакции.

Так случилось (и я не знаю простой причины для этого, просто так работают уравнения), U-238 не делящийся. Вы можете разрушить его быстрым нейтроном, но он не выпустит достаточно быстрых нейтронов, чтобы это продолжалось.

U-235, с другой стороны, очень чувствителен к разрушению медленными нейтронами (почти в 600 раз чувствительнее, согласно Википедии ). Более того, при распаде он часто высвобождает несколько нейтронов. И легче замедлить слишком быстрые нейтроны (это делают модераторы ), чем ускорить слишком медленные.

Это просто неудачное совпадение, что U-238 имеет на 3 нейтрона больше, чем U-235, а цепная реакция урана из учебника включает высвобождение 3 свободных нейтронов, поэтому люди думают, что U-238 является делящимся материалом. На самом деле U-235 высвобождает 3 нейтрона (в любом случае у него много лишних), поэтому нам нужно много работать, чтобы заполучить довольно редкий U-235, чтобы собрать энергию цепных реакций.

Это зависит не от количества нейтронов, которые он имеет, а от количества нейтронов, которые он высвобождает на каждом этапе цепной реакции. Исходя из этого, выбирают изотоп.