Uran-233 - Uranium-233

Pro další použití viz U-233 (disambiguation).

Uran-233,233U
FLiBe-Solid.gif
An ampule obsahující ztuhlé kousky a
FLiBe a tetrafluorid uranu 233 směs
Všeobecné
Symbol233U
Jménauran-233, U-233
Protony92
Neutrony141
Nuklidová data
Poločas rozpadu160 000 let[1]
Mateřské izotopy237Pu  (α )
233Np  (β+ )
233Pa  (β− )
Produkty rozpadu229Čt
Hmotnost izotopu233.039 u
Izotopy uranu
Kompletní tabulka nuklidů

Uran-233 (233U) je a štěpitelný izotop uranu z kterého je chován thorium-232 jako součást thoriový palivový cyklus. Uran-233 byl zkoumán pro použití v nukleární zbraně a jako palivo reaktoru.[2] To bylo úspěšně použito v experimentu jaderné reaktory a bylo navrženo pro mnohem širší použití jako a jaderné palivo. Má to poločas rozpadu 160 000 let.

Uran-233 je produkován neutron ozáření thoria-232. Když thorium-232 absorbuje neutron, stane se thorium-233, který má poločas pouze 22 minut. Thorium-233 se rozpadá na protactinium -233 až rozpad beta. Protactinium-233 má poločas rozpadu 27 dnů a beta se rozpadá na uran-233; někteří navrhli reaktor s roztavenou solí designy se pokoušejí fyzicky izolovat protaktinium od dalšího zachycení neutronů dříve, než může dojít k rozpadu beta, aby se udržel neutronová ekonomika (pokud chybí 233U okno, další štěpný cíl je 235U, což znamená celkem 4 neutrony potřebné ke spuštění štěpení).

233U obvykle štěpení zapnuto absorpce neutronů, ale někdy si zachovává neutron, stává se uran-234. Poměr zachycení a štěpení uranu 233 je menší než u ostatních dvou hlavních štěpných paliv, uran-235 a plutonium-239.

Štěpný materiál

Experiment reaktoru s roztavenou solí
Atomová elektrárna Shippingport
Němec THTR-300

V roce 1946 byla veřejnost poprvé informována o uranu 233 chovaném z thoria jako „třetího dostupného zdroje jaderné energie a atomových bomb“ (kromě uran-235 a plutonium-239 ), po a Spojené národy zpráva a projev Glenn T. Seaborg.[3][4]

Spojené státy vyráběly v průběhu Studená válka, přibližně 2 tuny uranu 233, v různých úrovních chemické a izotopové čistoty.[2] Ty byly vyrobeny v Stránky Hanford a Stránky řeky Savannah v reaktorech, které byly navrženy pro výrobu plutonia 239.[5]

Jaderné palivo

Uran-233 se používá jako palivo v několika různých typech reaktorů a navrhuje se jako palivo pro několik nových konstrukcí. (viz thoriový palivový cyklus), všichni to chovají z thoria. Uran-233 lze chovat v obou rychlé reaktory nebo tepelné reaktory, na rozdíl od uran-238 -na základě palivové cykly které vyžadují nadřízeného neutronová ekonomika a rychlý reaktor za účelem šlechtění plutonia, to znamená k produkci více štěpného materiálu, než je spotřebováno.

Dlouhodobá strategie EU jaderný energetický program v Indii, který má značné zásoby thoria, má přejít na jaderný program, který bude chovat uran-233 z thoriové suroviny.

Uvolněná energie

Štěpení jednoho atomu uranu 233 generuje 197,9 MeV = 3.171·10−11 J (tj. 19,09 TJ /mol = 81,95 TJ / kg).[6]

ZdrojPrůměrná energie
vydáno (MeV)
Okamžitě uvolněná energie
Kinetická energie štěpných fragmentů168.2
Kinetická energie pohotových neutronů004.8
Energie přenášená rychlými paprsky y007.7
Energie z rozpadajících se štěpných produktů
Energie β −- částic005.2
Energie anti-neutrin006.9
Energie opožděných y-paprsků005.0
Součet (kromě unikajících anti-neutrin)191.0
Energie uvolněná, když jsou zachyceny neutrální neutrony, které neprodukují (znovu) štěpení009.1
Energie přeměněná na teplo v provozním tepelném jaderném reaktoru200.1

Zbraňový materiál

První detonace jaderné bomby, která zahrnovala U-233, dne 15. dubna 1955

Jako potenciální zbraňový materiál je čistý uran-233 více podobný plutoniu-239 než uranu-235, pokud jde o zdroj (šlechtěný vs. přirozený), poločas a kritické množství (obě 4–5 kg v kouli odrážející berylium).[7]

V roce 1994 vláda USA odtajnila sdělení z roku 1966, v němž se uvádí, že se ukázalo, že uran-233 je jako zbraňový materiál velmi uspokojivý, i když ve srovnání s plutoniem je lepší jen za výjimečných okolností. Tvrdilo se, že pokud by stávající zbraně byly založeny na uranu 233 namísto plutonia 239, Livermore by neměl zájem přejít na plutonium.[8]

Společná přítomnost uran-232[9] může zkomplikovat výrobu a použití uranu 233, i když poznámka Livermore naznačuje pravděpodobnost, že bude možné tuto komplikaci vyřešit.[8]

I když je tedy možné použít uran-233 jako štěpný materiál a jaderná zbraň spekulace[10] stranou, existuje jen málo veřejně dostupných informací o tomto izotopu, který byl skutečně zbrojen:

The B reaktor a další v Stránky Hanford optimalizováno pro výrobu zbraně materiál byl použit k výrobě 233U.[16][17][18][19]

Celkově se předpokládá, že Spojené státy vyrobily dvě tuny 233U, různé úrovně čistoty, některé s 232U obsah nečistot již od 6 ppm.[20]

232U nečistota

Produkce 233U (ozařováním thorium-232 ) vždy produkuje malé množství uran-232 jako nečistota, kvůli parazitickým (n, 2n) reakcím na samotný uran-233 nebo na protactinium-233, nebo na thoria-232:

232Th (n, γ) → 233Th (β−) → 233Pa (β−) → 233U (n, 2n) → 232U
232Th (n, γ) → 233Th (β−) → 233Pa (n, 2n) → 232Pa (β−) → 232U
232Čt (n, 2n) → 231Th (β−) → 231Pa (n, γ) → 232Pa (β−) → 232U

Další kanál zahrnuje reakci zachycování neutronů na malém množství thorium-230, což je malý zlomek přírodního thoria přítomného v důsledku rozpadu uran-238:

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

The řetěz rozpadu z 232U rychle získá silný gama záření zářiče. Thallium-208 je nejsilnější z nich, při 2,6 MeV:

232U (α, 68,9 let)
228Čt (α, 1,9 roku)
224Ra (α, 5,44 MeV, 3,6 d, s γ 0,24 MeV)
220Rn (α, 6,29 MeV, 56 s, s γ 0,54 MeV)
216Po (α, 0,15 s)
212Pb (β−, 10,64 h)
212Bi (α, 61 min, 0,78 MeV)
208Tl (β−, 1,8 MeV, 3 min, s γ 2,6 MeV)
208Pb (stabilní)

Díky tomu je ruční manipulace v a odkládací schránka s pouze světelným stíněním (jak se běžně děje s plutonium ) příliš nebezpečné (s výjimkou možného krátkého období bezprostředně následujícího po chemické separaci uranu od jeho produktů rozpadu) a místo toho vyžaduje komplexní vzdálená manipulace pro výrobu paliva.

Nebezpečí jsou významná i při 5 Díly na milión. Imploze jaderných zbraní vyžadovat 232Hladiny U pod 50 ppm (nad kterou 233U je považován za „nízký stupeň“; srov. „Standardní plutonium zbraňové kvality vyžaduje 240Pu obsah nejvýše 6,5%. “, což je 65 000 ppm, a obdobně 238Pu byl produkován v úrovních 0,5% (5 000 ppm) nebo méně). Zbrojní štěpné zbraně navíc potřebují nízké úrovně (rozsah 1 ppm) světelných nečistot, aby byla udržována nízká tvorba neutronů.[9][21]

Výroba „čistého“ 233U, nízko 232U, vyžaduje několik faktorů: 1) získání relativně čistého 232Th zdroj, nízký 230Th (který také převádí na 232U), 2) moderování dopadajících neutronů, aby měla energii ne vyšší než 6 MeV (neutrony s vysokou energií způsobují 232Čt (n, 2n) → 231Th reakce) a 3) odstranění vzorku thoria z toku neutronů před 233Koncentrace U se hromadí na příliš vysoké úrovni, aby se zabránilo štěpení 233Samotné U (které by produkovalo energetické neutrony).[20][22]

The Experiment reaktoru s roztavenou solí (MSRE) použito 233U, chován lehkovodní reaktory jako Energetické centrum Indian Point, to bylo asi 220 ppm 232U.[23]

Další informace

Thorium, ze kterého 233U je chován, je zhruba třikrát až čtyřikrát hojnější v zemské kůře než uran.[24][25]Řetězec rozpadu 233Samotné U je součástí řada neptunium, rozpadový řetězec jeho prarodiče 237Np.

Mezi použití uranu 233 patří výroba lékařských izotopů aktinium-225 a vizmut-213 které patří mezi jeho dcery, nízkohmotné jaderné reaktory pro aplikace v kosmickém cestování, používají jako izotopový indikátor, výzkum jaderných zbraní a výzkum palivového reaktoru včetně thoriový palivový cyklus.[2]

The radioizotop vizmut -213 je produkt rozpadu uranu-233; má příslib pro léčbu určitých typů rakovina, počítaje v to Akutní myeloidní leukémie a rakoviny slinivka břišní, ledviny a další orgány.

Viz také

Poznámky

  1. ^ http://www.doh.wa.gov/portals/1/Documents/Pubs/320-086_u233han_fs.pdf
  2. ^ A b C C. W. Forsburg a L. C. Lewis (24. září 1999). „Použití pro uran-233: Co by mělo být zachováno pro budoucí potřeby?“ (PDF). Ornl-6952. Národní laboratoř v Oak Ridge.
  3. ^ NAHORU (29. září 1946). „Tajemství“ atomové energie se dostává do jazyka, kterému může veřejnost rozumět ”. Pittsburgh Press. Citováno 18. října 2011.
  4. ^ NAHORU (21. října 1946). „Třetí blokovaný jaderný zdroj“. Zprávy Tuscaloosa. Citováno 18. října 2011.
  5. ^ Orth, D.A. (1. června 1978). „Zkušenosti se zpracováním thoria v řece Savannah“. 43. Jaderná technologie: 63. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  6. ^ „Jaderné štěpení 4.7.1“. www.kayelaby.npl.co.uk. Citováno 21. dubna 2018.
  7. ^ Divize politiky životního prostředí a přírodních zdrojů., Spojené státy. Kongres. Senát. (1985). "Factbook o šíření jaderných zbraní". Výbor pro vládní záležitosti. Podvýbor pro energii, N. Proliferation., Spojené státy. Kongres. Dům. Výbor pro zahraniční věci. Podvýbor pro mezinárodní hospodářskou politiku a obchod., Spojené státy. Kongres. Dům. Výbor pro zahraniční věci. Podvýbor pro kontrolu zbraní, I.Bezpečnost.: 295. Citováno 29. listopadu 2019.
  8. ^ A b Woods, W.K. (10. února 1966). „Zájem LRL o U-233“. Spojené státy. DUN-677. doi:10.2172/79078. OSTI  79078.
  9. ^ A b Langford, R. Everett (2004). Úvod do zbraní hromadného ničení: radiologický, chemický a biologický. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. str. 85. ISBN  0471465607. „USA testovaly několik bomb uranu-233, ale přítomnost uranu-232 v uranu-233 byla problémem; uran-232 je hojný alfa emitor a měl tendenci„ otrávit “bombu uranu-233 klepáním na zbloudilé neutrony z nečistot v materiálu bomby, což vede k možné předběžné detonaci. Oddělení uranu-232 od uranu-233 se ukázalo jako velmi obtížné a nepraktické. Bomba s uranem-233 nebyla nikdy nasazena, protože plutonia-239 bylo stále hojné . “
  10. ^ Agrawal, Jai Prakash (2010). Vysokoenergetické materiály: pohonné látky, výbušniny a pyrotechnika. Wiley-VCH. 56–57. ISBN  978-3-527-32610-5. Citováno 19. března 2012. stručně uvádí, že U233 je „považována za součást Program zbraní v Indii kvůli dostupnosti thoria v hojnosti v Indii “, a může být i jinde.
  11. ^ „Konvice na čaj“. Archiv jaderných zbraní. 15. října 1997. Citováno 9. prosince 2008.
  12. ^ „Provoz Buster-Jangle“. Archiv jaderných zbraní. 15. října 1997. Citováno 18. března 2012.
  13. ^ Stephen F. Ashley. „Thorium a jeho role v cyklu jaderného paliva“. Citováno 16. dubna 2014. PDF strana 8, citující: D. Holloway, "Sovětský termonukleární vývoj", Mezinárodní bezpečnost 4:3 (1979–80) 192–197.
  14. ^ Rajat Pandit (28. srpna 2009). „Síly gung-ho na N-arzenálu“. The Times of India. Citováno 20. července 2012.
  15. ^ „Program jaderných zbraní Indie - operace Shakti: 1998“. 30. března 2001. Citováno 21. července 2012.
  16. ^ „Historické využití thoria v Hanfordu“ (PDF). hanfordchallenge.org. Archivovány od originál (PDF) dne 12. května 2013. Citováno 21. dubna 2018.
  17. ^ „Chronologie důležitých dokumentů FOIA: Hanfordovo polotajné Thorium k produkční kampani U-233“ (PDF). hanfordchallenge.org. Archivovány od originál (PDF) dne 15. října 2012. Citováno 21. dubna 2018.
  18. ^ „Dotazy a odpovědi na uran-233 v Hanfordu“ (PDF). radioactivist.org. Citováno 21. dubna 2018.
  19. ^ „Radioaktivita v Hanfordu na místech, kde se losos rozmnožuje“ (PDF). clarku.edu. Citováno 21. dubna 2018.
  20. ^ A b Robert Alvarez „Správa zásob uranu 233 v USA“ http://scienceandglobalsecurity.org/archive/sgs21alvarez.pdf
  21. ^ Jaderné materiály FAQ
  22. ^ US patent 4393510 
  23. ^ [1] (viz PDF str. 10)
  24. ^ „Hojnost v zemské kůře: periodicita“. WebElements.com. Archivovány od originál dne 23. května 2008. Citováno 12. dubna 2014.
  25. ^ „Je to Elemental - Periodická tabulka prvků“. Jeffersonova laboratoř. Archivováno z původního dne 29. dubna 2007. Citováno 14. dubna 2007.


Zapalovač:
uran-232		Uran-233 je
izotop z uran		Těžší:
uran-234
Produkt rozpadu z:
plutonium-237(α )
neptunium-233(β + )
protactinium-233(β− )		Řetěz rozpadu
uranu 233		Rozpady na:
thorium-229(α)