우라늄-235

자연계에 존재하는 동위 원소들 중에 유일하게 핵분열을 할 수 있는 동위 원소이다. 반감기는 7억 380만년이다.

이용

우라늄-235는 자연계에서 열중성자에 유일하게 경제적으로 핵분열 할 수 있는 방사성 동위원소(동위체)이다. 따라서 이 성질을 이용하여 다양한 분야에서 이용되고 있다.

원자력 발전

이 동위체는 훌륭한 핵 연료이다. 자원중성자로(고속중성자)의 핵분열 비율이 66~67%, 열중성자로에서도 78~82%로 핵분열 비율이 매우 높아 핵연료로 이용할 수 있다.

보통 일반 경수로에서는 4.5%의 농축도로 이용되고 있으며, 국가별 발전소에 따라 농축도는 2.5%~8%까지 다양하다. 선박용 원자로와 잠수함에서는 20~95%까지 농축하여 이용하고 있는데 이는 핵 연료를 더 경제성 있고 오래 사용할 수 있게 해준다. 농축도가 높아질수록 중성자 흡수재의 비율도 높아진다. 중수로에서는 천연우라늄을 그대로 넣어 사용한다. 중수는 압축으로 냉각제의 밀도를 경수보다 높게 할 수 있어, 중성자 감속 능력이 좋고 중수의 열중성자 흡수율도 경수보다 낮기 때문이다.

보통 펠릿 내부의 중성자 흡수재는 가돌리늄-155, 157 등이 이용되고, 사마륨의 경우는 149Sm이 사용된다. 제어봉은 하프늄, 디스프로슘, 사마륨 등이 이용되고 있다.

핵무기

핵무기로도 이용가능하다. 농축도가 70% 이상이 되면 이론적으로 핵무기가 가능하며 현대 핵무기의 농축도는 보통 99% 농축하여 핵무기를 제조한다. 임계 질량은 54kg이며, 중성자 반사제를 이용시 10kg까지 줄일 수 있으며, 경제적인 핵무기는 보통 20kg선에서 제조되고 있다.

사회

의학용과 산업용 등의 동위 원소 제조체로도 사용되고 있다. 실험용 원자로에서는 20%까지 농축된 우라늄-235를 넣은 연료를 넣고 원자로를 가동시킨 후 거기서 99Mo, 131I, 137Cs 등의 동위체를 꺼내어 실험용, 의학용, 산업용 등으로 사용되고 있다.

매장량과 자연계의 존재

우라늄은 자연계에서 질량당 토양에 함유된 평균 함유량은 2.7ppm이다. 이중 우라늄-235는 19.45ppb로 금의 5배도 채 되지 않는다.

하지만 우라늄의 뭉치는 성질로 인해 지구의 지질활동등으로 인해 우라늄이 풍부하게 매장된 광산이 많이 존재한다. 자연계에서는 무려 30%나 되는 우라늄 함유량을 가진 광석이 발견된다. 이러한 광석에서는 우라늄-235도 2000ppm 이상 존재한다.

우라늄의 경제 가치 있는 매장량은 700만톤이며, 이 중 우라늄-235의 함유량도 5만톤이나 되므로 우라늄-235는 풍부하다. 미래에 경제성이 있는 것까지 합치면 5천만톤이나 되므로 이중 우라늄-235의 함유량도 36만톤이나 된다. 즉 현재 이용도를 유지한다고 했을시 앞으로도 수백년간 캐서 이용할 수 있다.

우라늄-235의 반감기는 7억 380만년으로 태양계의 연대인 45억 6720만년에 비교하면 매우 짧다. 따라서 0.7204%밖에 존재하지 않는다. 과거 44억년전에는 우라늄 광석에 우라늄-235가 20%이상 함유되어 있어 그 자체로도 핵연료로 사용 가능했었다. 반대로 먼 미래에는 우라늄-235가 지금보다 훨씬 줄게 되어 우라늄-238이 거의 100%에 가깝게 그냥 돌덩어리로 전략하게 될 것이다.