Jaką energię można uzyskać po rozszczepieniu jąder uranu

PRZEBIEG I OPIS REAKCJI ROZSZCZEPIANIA URANU.

http://img94.imageshack.us/img94/8793/k2v.gif

Na powyższej infografice mojego autorstwa, widać kolejne fazy tych przemian jądrowych:
1) swobodny neutron zostaje pochłonięty przez jądro uranu U-235
2) jądro uranu na bardzo mały ułamek sekundy staje się wzbudzonym jądrem U-236*
3) wzbudzone jądro uranu ulega rozszczepieniu na co najmniej dwa mniejsze fragmenty i emituje jeszcze dodatkowo kilka fotonów gamma i kilka nowych neutronów (w tym przypadku 2. nowe neutrony) — które mogą ewentualnie rozszczepić kolejne jądra uranu — wówczas powtarza się cykl 1÷3.


4) wbrew powszechnej opinii, główna część wyzwolonej energii jądrowej nie jest energią np.promieniowania jonizującego, lecz jest to ENERGIA KINETYCZNA fragmentów ex.jądra uranu, które są jądrami nowych lżejszych od uranu izotopów, najczęściej o liczbach masowych ok. ⅓ i ok. ⅔ pierwotnej masy jądra 235-U.
W powyższym przykładzie są to początkowo izotopy Telluru-136 i Cyrkonu-98, jednakże w reakcji rozszczepiania mogą powstawać inne izotopy, np.:
— 90-Br + 131-I
— 98-Zr + 137-Cs
— 95-Nb + 140-La
itp.

5) powstające jądra w wielu, ale nie wszystkich przypadkach są PROMIENIOTWÓRCZE, gdy posiadają one zbyt dużą ilość neutronów, względem protonów. Wówczas to już samorzutnie dochodzi do kilku/kilkunastu kolejno zachodzących przemian nadmiarowej ilości neutronów w protony z emisją elektronu o wysokiej energii, czyli CZĄSTKI BETA (i antyneutrina), oraz w większości przypadków też fotonów gamma.
Przemiany te dokonują się w bardzo różnym tempie, w zależności od rodzaju izotopu: może się zdarzyć, że połowa danej ilości izotopu rozpadnie się w ułamku sekundy, ale bywa tak, że niektóre izotopy ulegną takim rozpadają się tak samo w ciągu wielu, wielu lat…
W powyższym przykładzie akurat mamy do czynienia z krótkożyciowymi izotopami, o okresach połowicznego rozpadu, rzędu minut, — jednakże np., powstający w reaktorach jądrowych Cs-137 w kilogramowych już ilościach, ma T½=30 lat.






ILOŚĆ ENERGII WYZWOLONEJ W JEDNEJ REAKCJI ROZSZCZEPIENIA…


Gdybyśmy mieli ultradokładną wagę i na np.lewej szalce położyli jądro uranu i neutron, a na prawej szalce jądra telluru-136 i cyrkonu-98 oraz dwa neutrony, to okaże się wówczas, że choć ilości nukleonów się zgadzają, to jednak jądro uranu z neutronem na szalce lewej jest cięższa od nukleonów i neutronów na szalce prawej!
Różnica tej masy, zwie się DEFEKTEM MASY, a różnica ta zamienia się energię, która wyzwala się podczas rozszczepiania jądra uranu!

Jak duża jest to energia?


Dane (z tablic mat-fiz):
Masa jądra uranu:   234.993453 [u]
Masa neutronu:          1.008665 [u]

Masa jądra telluru:  135.891575 [u]
Masa jądra cyrkonu:  97.890792 [u]

Szukane:
∆M = ?
E = ?

∆M = ( Muranu + Mneutronu ) — ( Mtelluru + Mcyrkonu + 2× Mneutronu )
∆M = ( 234.993453[u] + 1.008665[u] ) — ( 135.891575[u] + 97.890792[u] + 2.01733[u] )
∆M = 236.002118[u] — 235.799697[u]
∆M = 0.202421 [u]

Łatwo można przeliczyć jednostki masy atomowej [u] na elektronowolty [eV], gdyż: 1 [u] = 931.5 MeV

E = 0.202421 [u] × 931.500000 [MeV/u] = ~188.5 MeV


Odpowiedź: w wyniku rozszczepienia jądra 235-U, powstały dwa jądra pochodne 136-Te + 98-Zr oraz dwa neutrony, wyzwolona została przy tym energia co najmniej 188.5 MeV…
…uwzględniając też energie kinetyczne tych uwolnionych neutronów, oraz promieniowania gamma i neutrin, sumaryczna energia wyniesie ok. 200 MeV.






ILOŚĆ ENERGII Z 1 grama U-235…

1 gram izotopu U-235 odpowiada fizycznie maleńkiej 4 mm kosteczce pierwiastka uranu! (o gęstości 19 g/cm³)


Ponieważ 1 mol Uranu-235 to 235.0439299 [j.m.a.] {dana z tablic mat.-fiz.}

Czyli 1 gram U-235 zawiera:

6.022e+23 / 235.0439299 = ~2.56e+21 atomów
(nawiasem mówiąc, to jest "tylko" ~2560000000000000000000 atomów!)

zatem rozszczepieniu 1 grama 235-U towarzyszy wydzielenie sumarycznej energii:

2,56e+21 jąder uranu × 2e+8 eV = 5.12e+29 eV

(gdyż 200 MeV = 2e+8 eV = 200000000 eV)

...a ponieważ wynik mamy podać w dżulach, to korzystając z zależności:

======================
1 eV = 1.60217653e-19 J
1 J = 6.24150948e+18 eV
======================

można stąd obliczyć, że:

5.12e+29 eV × 1.602e-19 = 8.2e+10 J

Odp.:
Rozszczepienie 1 grama Uranu (w domyśle 235-U), towarzyszy wydzielenie energii rzędu 82GJ = 82000000000 J



CIEKAWOSTKI:
Rozszczepieniu 1 grama uranu odpowiada więc wyzwolenie energii przy:
— upadkowi ponad 1,6 tonowego meteorytu z prędkością 10 km/s
— mogłaby ona zasilić 100 W żarówkę przez ponad 26 lat
— odpowiada eksplozji 19,6 ton TNT
— odpowiada spaleniu 2,8 tony węgla!

Zatem z rozszczepienia zaledwie 1 g uranu uzyskuje się OGROMNĄ ENERGIĘ, w porównaniu z energią uzyskiwaną w reakcjach chemicznych, np.spalania...