Uranyum-233 - Uranium-233

Uranyum-233,  ²³³ U

FLiBe ve uranyum-233 tetraflorür karışımının katılaşmış parçalarını içeren bir ampul
Genel
Sembol	233 U
İsimler	uranyum-233, U-233
protonlar	92
nötronlar	141
nüklid verileri
Yarım hayat	160.000 yıl
ana izotoplar	237 Pu  ( α ) 233 Np  ( β + ) 233 Pa  ( β - )
çürüme ürünleri	229 Bin
izotop kütlesi	233.039 u
Uranyum izotopları Tam nüklid tablosu

Uranyum-233 ( ²³³ U), toryum yakıt döngüsünün bir parçası olarak toryum-232'den üretilen uranyumun bölünebilir bir izotopudur . Uranyum-233, nükleer silahlarda ve reaktör yakıtı olarak kullanılmak üzere araştırıldı . Deneysel nükleer reaktörlerde başarıyla kullanılmış ve nükleer yakıt olarak çok daha geniş kullanım için önerilmiştir . 160.000 yıllık bir yarı ömre sahiptir.

Uranyum-233, toryum-232'nin nötron ışınlaması ile üretilir . Toryum-232 bir nötronu emdiğinde, yarı ömrü sadece 22 dakika olan toryum-233 olur . Toryum-233 , beta bozunması yoluyla protaktinyum -233'e bozunur . Protactinium-233'ün yarı ömrü 27 gündür ve beta bozunarak uranyum-233'e dönüşür; önerilen bazı erimiş tuz reaktör tasarımları, nötron ekonomisini sürdürmek için beta bozunması meydana gelmeden önce protaktinyumu daha fazla nötron yakalamasından fiziksel olarak izole etmeye çalışır ( ²³³ U penceresini kaçırırsa , bir sonraki bölünebilir hedef ²³⁵ U'dur, yani toplam 4 nötron fisyonun tetiklenmesi için gereklidir).

²³³ U genellikle nötron absorpsiyonunda bölünür , ancak bazen nötronu koruyarak uranyum-234'e dönüşür . Uranyum-233'ün yakalama/fisyon oranı, diğer iki ana bölünebilir yakıt olan uranyum-235 ve plütonyum- 239'dan daha küçüktür .

bölünebilir malzeme

Erimiş Tuz Reaktörü Deneyi

Shippingport Atom Santrali

Alman THTR-300

1946 yılında, kamu ilk haberdar oldu uranyum-233 (ek olarak "nükleer enerji ve atom bombası üçüncü kullanılabilir kaynağı" olarak toryum dan yetiştirilen uranyum-235 ve plütonyum-239 , bir alttaki), Birleşmiş Milletler raporu ve bir konuşmada tarafından Glenn T. Seaborg .

Amerika Birleşik Devletleri, Soğuk Savaş boyunca , değişen seviyelerde kimyasal ve izotopik saflıkta yaklaşık 2 metrik ton uranyum-233 üretti . Bunlar, Hanford Sitesinde ve Savannah River Sitesinde plütonyum-239 üretimi için tasarlanmış reaktörlerde üretildi.

Nükleer yakıt

Uranyum-233, birkaç farklı reaktör tipinde yakıt olarak kullanılmıştır ve tümü onu toryumdan türeten birkaç yeni tasarım için yakıt olarak önerilmiştir (bkz. toryum yakıt döngüsü) . Uranyum-233, plütonyum üretmek, yani tüketilenden daha fazla bölünebilir malzeme üretmek için hızlı bir reaktörün üstün nötron ekonomisini gerektiren uranyum-238 bazlı yakıt çevrimlerinin aksine, hızlı reaktörlerde veya termal reaktörlerde yetiştirilebilir. .

Önemli toryum rezervlerine sahip olan Hindistan'ın nükleer enerji programının uzun vadeli stratejisi, toryum hammaddesinden uranyum-233 üreten bir nükleer programa geçmektir.

Serbest bırakılan enerji

Uranyum-233'ün bir atomunun fisyonu 197.9 MeV = 3.171·10 ^-11 J (yani 19.09 TJ/ mol = 81.95 TJ/kg) üretir .

Silah malzemesi

15 Nisan 1955'te U-233'ü içeren bir nükleer bombanın ilk patlaması

Potansiyel bir silah malzemesi olarak saf uranyum-233, kaynak (yetiştirilmiş veya doğal), yarı ömür ve kritik kütle (berilyum yansıtıcı kürede her ikisi de 4-5 kg ) açısından uranyum-235'ten daha çok plütonyum-239'a benzer .

1994'te ABD hükümeti, uranyum-233'ün bir silah malzemesi olarak oldukça tatmin edici olduğunun gösterildiğini belirten 1966 tarihli bir notun tasnifini kaldırdı, ancak nadir durumlarda plütonyumdan daha üstündür. Mevcut silahlar plütonyum-239 yerine uranyum-233'e dayalı olsaydı , Livermore'un plütonyuma geçmekle ilgilenmeyeceği iddia edildi.

Uranyum-232'nin bir arada bulunması, uranyum-233'ün üretimini ve kullanımını karmaşıklaştırabilir, ancak Livermore notu bu komplikasyonun çözülebileceği olasılığını gösterir.

Uranyum-233'ü nükleer bir silahın bölünebilir malzemesi olarak kullanmak mümkün olsa da , spekülasyonlar bir yana, bu izotopun gerçekten silahlandırılmış olduğuna dair kamuya açık çok az bilgi var:

• Birleşik Devletler, 1955 yılında bir plütonyum/ ²³³ U kompozit çukuru kullanan Çaydanlık Operasyonu "MET" testinde deneysel bir cihazı patlattı ; tasarımı, 1951 Operasyon Buster-Jangle "Easy" testinde kullanılan bir Mark 7 nükleer bomba tasarımı prototipi olan TX-7E'nin plütonyum/ ²³⁵ U çukuruna dayanıyordu . Tam bir fiyasko olmasa da , MET'in 22 kilotonluk fiili verimi, toplanan bilgilerin sınırlı bir değere sahip olduğu tahmin edilen 33 kt'nin yeterince altındaydı.
• Sovyetler Birliği ilk patlatılan hidrojen bombası Aynı yıl, RDS-37 , bir bölünebilir çekirdek ihtiva ²³⁵ U ve ²³³ U.
• 1998'de, Pokhran-II testlerinin bir parçası olarak Hindistan, Shakti V adlı ²³³ U düşük verimli (0,2 kt) deneysel bir cihazı patlattı .

B Reaktör ve başkalarının Hanford Sitesi üretimi için optimize edilmiş silah dereceli bir malzemeden imal etmek için kullanılmıştır ²³³ U.

Genel olarak Amerika Birleşik Devletleri'nin , bazılarının ²³² U kirlilik içeriği 6 ppm kadar düşük olan, çeşitli saflık seviyelerinde iki ton ²³³ U ürettiği düşünülmektedir .

²³² U kirlilik

Üretimi ²³³ (ışınlanması yoluyla U toryum-232 ) her zaman az miktarda üretir uranyum-232 için uranyum-233 kendisi veya üzerine (n, 2n), parazitik reaksiyonlar, bir safsızlık olarak protaktinyum-233 ya da thorium- ile 232:

²³² Th (n,γ) → ²³³ Th (β−) → ²³³ Pa (β−) → ²³³ U (n,2n) → ²³² U

²³² Th (n,γ) → ²³³ Th (β−) → ²³³ Pa (n,2n) → ²³² Pa (β−)→ ²³² U

²³² Th (n,2n) → ²³¹ Th (β−) → ²³¹ Pa (n,γ) → ²³² Pa (β−) → ²³² U

Başka bir kanal, uranyum-238'in bozunması nedeniyle mevcut doğal toryumun küçük bir kısmı olan küçük miktarlarda toryum-230 üzerinde nötron yakalama reaksiyonunu içerir :

²³⁰ Th (n,γ) → ²³¹ Th (β−) → ²³¹ Pa (n,γ) → ²³² Pa (β−) → ²³² U

Bozunum zinciri içinde ²³² U hızlı bir şekilde güçlü verir gama radyasyonu yayıcılar. Thallium-208, 2.6 MeV ile bunların en güçlüsüdür:

²³² U (α, 68,9 y)

²²⁸ Th (α, 1,9 y)

²²⁴ Ra (α, 5,44 MeV, 3,6 d, γ değeri 0,24 MeV)

²²⁰ Rn (α, 6.29 MeV, 56 s, 0.54 MeV γ ile)

²¹⁶ Po (α, 0.15 sn)

²¹² Pb (β−, 10.64 sa)

²¹² Bi (α, 61 dak, 0.78 MeV)

²⁰⁸ Tl (β−, 1.8 MeV, 3 dak, γ 2.6 MeV ile)

²⁰⁸ Pb (kararlı)

Bu, (genellikle plütonyum ile yapıldığı gibi) sadece ışık korumalı bir torpido gözü içinde elle taşımayı çok tehlikeli hale getirir , (muhtemelen uranyumun bozunma ürünlerinden kimyasal olarak ayrılmasından hemen sonraki kısa bir süre hariç) ve bunun yerine yakıt üretimi için karmaşık uzaktan manipülasyon gerektirir. .

Tehlikeler, milyonda 5 parçada bile önemlidir . İç patlamalı nükleer silahlar , 50 ppm'nin altında ²³² U seviyesi gerektirir (bunun üzerinde ²³³ U "düşük dereceli" olarak kabul edilir; bkz. "Standart silah sınıfı plütonyum, %6,5'ten fazla olmayan ²⁴⁰ Pu içeriği gerektirir ." ve benzer ²³⁸ Pu , %0.5 (5000 ppm) veya daha düşük seviyelerde üretilmiştir). Silah tipi fisyon silahları , nötron üretimini düşük tutmak için ayrıca düşük seviyelerde (1 ppm menzil) hafif kirliliklere ihtiyaç duyar.

²³² U'da düşük "temiz" ²³³ U üretimi birkaç faktör gerektirir: 1) ²³⁰ Th'de düşük (aynı zamanda ²³² U'ya dönüşür ), nispeten saf bir ²³² Th kaynağı elde etmek , 2) gelen nötronların 6 MeV'den daha yüksek olmayan bir enerji (çok yüksek enerjili nötronlar ²³² Th (n,2n) → ²³¹ Th reaksiyonuna neden olur) ve 3) ²³³ U konsantrasyonu çok yüksek bir seviyeye yükselmeden toryum örneğini nötron akışından çıkarmak , ²³³ U'nun kendisini parçalamaktan kaçınmak için (ki bu da enerjik nötronlar üretecektir).

Erimiş-Tuz Reaktör Deneyi (MSRE) kullanılan ²³³ yetiştirilen U, hafif su reaktörleri gibi Hint Noktası Enerji Merkezi 220 ppm oldu, ²³² A.B.D.

Daha fazla bilgi

²³³ U'nun üretildiği toryum, yerkabuğunda uranyumdan kabaca üç ila dört kat daha fazla miktarda bulunur. ²³³ U'nun bozunma zincirinin kendisi, büyükanne ve büyükbabası ²³⁷ Np'nin bozunma zinciri olan neptünyum serisinin bir parçasıdır .

Uranyum- 233'ün kullanım alanları arasında, kızları arasında yer alan tıbbi izotoplar olan aktinyum-225 ve bizmut-213'ün üretimi, uzay yolculuğu uygulamaları için düşük kütleli nükleer reaktörler, izotop izleyici olarak kullanım , nükleer silah araştırmaları ve reaktör yakıt araştırmaları yer alır. toryum yakıt döngüsü .

Radyoizotop bizmut -213 uranyum-233 bir bozunum ürünü olduğu; akut miyeloid lösemi ve pankreas , böbrek ve diğer organ kanserleri dahil olmak üzere belirli kanser türlerinin tedavisi için söz veriyor .

Ayrıca bakınız

• damızlık reaktörü
• Sıvı florür toryum reaktörü

Notlar