Cesko.wiki Uran-238
Author
Albert FloresUran-238 (238U nebo U-238) je nejběžnější izotop uranu v přírodě s relativním zastoupením kolem 99,27 %. Na rozdíl od uranu-235 je neštěpitelný, což znamená, že není schopen sám o sobě udržet řetězovou reakci. Je však štěpitelný rychlými neutrony a je množivý, což znamená, že může být přeměněn na štěpné plutonium-239. 238U nedokáže udržet řetězovou reakci, protože rozptyl neutronů snižuje energii neutronů pod prahovou energii potřebnou pro rychlé štěpení. Dopplerovo rozšíření rezonanční absorpce neutronů 238U, které zvyšuje absorpci s rostoucí teplotou paliva, je také zásadním mechanismem negativní zpětné vazby pro řízení reaktoru. Přibližně 99,284 % přírodního uranu na Zemi tvoří uran-238, který má poločas rozpadu 4,468 miliard let. Kvůli svému přirozenému zastoupení a poločasu rozpadu ve srovnání s jinými radioisotopy produkuje 238U ~40 % radioaktivního tepla produkovaného na Zemi. Rozpadová řada 238U přispívá 6 elektronovými antineutriny na každé jádro 238U , což má za následek velký detekovatelný signál geoneutrin vyprodukovaných v uranových ložiscích. Rozpad 238U na dceřiné izotopy je široce používán v radiometrickém datování, zejména pro materiály starší než 1 milion let.
Ochuzený uran má vyšší koncentraci izotopu 238U než přírodní uran. Palivo v jaderných reaktorech je zpravidla z drtivé většiny tvořeno neštěpným 238U. +more Přepracovaný uran je také hlavně 238U, s přibližně stejným množstvím uranu-235 jako přírodního uranu, srovnatelným podílem uranu-236 a mnohem menším množstvím jiných izotopů uranu, jako je uran-234, uran-233 a uran-232.
Výroba
Kaskáda odstředivek pro obohacování uranu Přírodní izotopy uranu 238U a 235U jsou od sebe oddělovány během obohacování uranu. +more Oba izotopy mají velmi odlišné neutronově-fyzikální vlastnosti, pro většinu aplikací je potřebný jen jeden izotop. Izotopy mají téměř identické chemické vlastnosti, proto je potřeba využít malých rozdílů v jejich fyzikálních vlastnostech jako je hmotnost, rychlost difuze a excitační energie. Tyto procesy jsou technologicky i ekonomicky velmi náročné, jen malá část zemí světa dokáže uran obohacovat na velkém měřítku. Obohacování většinou probíhá v kaskádě s několika obohacovacími stupni, na každém stupni se uran obohatí o velmi malou část. Cílovým produktem je téměř vždy 235U, 238U je pouze vedlejší produkt.
Význam v jaderné energetice
Neutronový záchyt
Nejpravděpodobnější reakcí 238U je neutronový záchyt, během kterého jádro pohltí neutron a následně se přemění na 239Np a poté 239Pu: :{}^{238}_{92}U + {}^{1}_{0}n -> {}^{239}_{92}U ->[\beta^-][23. 5\ \ce{min}] {}^{239}_{93}Np ->[\beta^-][2. +more356\ \ce{d}] {}^{239}_{94}Pu. :.
Touto reakcí se v reaktoru ztrácí velké množství volných neutronů, zhruba 20 % pro lehkovodní reaktory, což negativně ovlivňuje koeficient násobení k_{eff}. Neutronový záchyt v 238U je jedním z hlavních důvodů proč se palivo pro lehkovodní reaktory musí obohacovat. +more Reakce je však důležitá pro množivé reaktory, protože vzniklé 239Pu je štěpné. Množivé reaktory jsou proto schopny vytvořit více paliva (štěpného materiálu), než kolik spotřebují. V lehkovodních reaktorech s 18měsíčním palivovým cyklem může pocházet ze štěpení Protitankový náboj ráže 30 mm z ochuzeného uranu pro rotační kanón GAU-8 Avenger 239Pu až 50 % celkové energie.
Rychlé štěpení
V případě, že je energie neutronu dostatečně vysoká (> ~1 MeV), může dojít k rozštěpení jádra.
{}^{238}_{92}U + {}^{1}_{0}n -> {}^{239}_{92}U ->{}^{29}_{36}Kr +{}^{144}_{56}Ba + {}3^{1}_{0}n
Vytvořené neutrony jsou však příliš zpomalovány elastickým rozptylem, což znemožňuje udržitelnou štěpnou reakci s pomocí čistého 238U. I přesto je touto reakcí vytvořeno kolem 2 % neutronů v lehkovodních reaktorech.
Využití v jaderných zbraních
Model Car-bomby Zatímco první stupeň jaderných zbraní používá vysoce obohacený uran 235U, i 238U má své využití. +more Používá se totiž na výrobu reflektoru neutronů, který dramaticky zvyšuje výbušnou sílu a snižuje potřebné množství štěpného materiálu. Několik milisekund po dosažení kritické hmotnosti se uvolní takové množství energie, že se všechny komponenty vypaří a ztratí jakoukoliv strukturální integritu. Jedním způsobem jak štěpnou reakci prodloužit je zvýšení setrvačnosti reflektoru použitím materiálu s vysokou hustotou. Uran je v pro tuto aplikaci vhodným kandidátem, protože má velmi vysokou hustotu 19. 1 g/cm3. Zároveň mohou rychlé volné neutrony štěpit 238U v reflektoru a uvolnit tak velké množství energie. Například u vodíkové Car-bomby by použití uranového reflektoru zdvojnásobilo výbušnou sílu z 50 na 100 MT TNT ekv.
Využití mimo jadernou energetiku
Socha kočky z uranového skla na talíři s uranovou oranžovou barvou. +more Ochuzený uran má bohaté využití i mimo jadernou energetiku, kde se používá pro své nejaderné vlastnosti jako levnější alternativa přírodního uranu. Mezi tato uplatnění patří například uranové protitankové střely, radiační stínění, uranové sklo a uranem barvený porcelán.