Uraani-235 (235U) on uraanin isotooppi, jonka atomin ytimessä on 92 protonia ja 143 neutronia. Sitä on luonnon uraanissa noin 0,7 prosenttia.[1] Muiden uraani-isotooppien tavoin uraani-235 on radioaktiivista, mutta toisin kuin uraani-238, se on lisäksi fissiiliä, eli siinä voi fissio tapahtua kiihtyvänä ketjureaktiona. Uraani-235 on ainoa primordiaalinen fissiili nuklidi, jota esiintyy mainittavassa määrin luonnossa. Tämän vuoksi sillä on keskeinen merkitys ydintekniikassa. Ydinvoimaloissa käytetään tavallisesti rikastettua uraania, jonka uraani-235-pitoisuus on tavallisesti noin 3 prosenttia.[2] Ydinaseissa käytetään paljon pidemmälle rikastettua uraania, jossa on yli 85 prosenttia isotooppia 235.[3]
Uraani-235-atomi voi hajota joko alfahajoamisella tai fissiolla. Luonnossa alfahajoaminen on verrattomasti yleisempää: sen suhteen U-235:n puoliintumisaika on 708,3 miljoonaa vuotta ja hajoamisvakio näin ollen 3,10 · 10-17 s-1, toisin sanoen U-235-atomi hajoaa alfahajoamisella seuraavan sekunnin kuluessa todennäköisyydellä 3,10 · 10-17.
Kun uraani-235-ydin hajoaa alfahajoamisella, siitä lohkeaa alfahiukkanen eli heliumatomin ydin ja jäljelle jää torium-231-atomin ydin. Se on edelleen radioaktiivinen, ja uraani-235:stä alkaakin pitkä hajoamissarja, aktiniumsarja eli 4n+3 -sarja, joka päättyy vakaaseen lyijyisotooppiin 207Pb.[4] Tämän sarjan tunnetuimman välijäsen, aktiniumin (tarkemmin sanottuna isotoopin 227Ac) mukaan uraani-235:tä onkin aikoinaan nimitetty myös aktinouraaniksi (AcU, engl. Actinouranium).[4][5]
Hajoamissarjan välijäsenet ovat seuraavat:[4]
Paitsi alfahajoamisella, voi uraani-235-ydin hajota myös spontaanilla fissiolla. Silloin se halkeaa kahdeksi keskiraskaaksi ytimeksi ja samalla vapautuu keskimäärin 2,5 neutronia. Spontaani fissio on kuitenkin yksittäisen atomin kannalta varsin epätodennäköinen tapahtuma.[6] Sen suhteen U-235:n laskettu puoliintumisaika on 3,5 · 1017 vuotta ja hajoamisvakio näin ollen 6,28 · 10-26 s-1. Kun grammassa uraani-235:tä on 2,56 ·1021 atomia, voidaan näin ollen laskea, että siinä hajoaa sekunnissa alfahajoamisella noin 79 360 atomia, mutta spontaanilla fissiolla vain yksi atomi 6 250 sekunnissa eli vajaassa kahdessa tunnissa.
Tarpeeksi suuressa määrässä uraani-235:tä spontaanissa fissiossa vapautuvilla neutroneilla on kuitenkin suuri todennäköisyys törmätä lähellä oleviin toisiin uraani-235-ytimiin. Jos niin tapahtuu, ne saavat myös sen ytimen fissioitumaan, johon ne osuvat, jolloin siitä vapautuu vuorostaan neutroneja, ja täten syntyy ketjureaktio.[6] Tiettyä kriittistä massaa suurempi kappale puhdasta uraani-235:tä räjähtäisikin välittömästi.[6]
Uraani-235-ytimen fissio voi tapahtua monella tavalla, esimerkiksi seuraavasti:[7]
Uraani-235-ydin voi haljeta muillakin tavoilla, kuitenkin aina siten, että syntyvissä ytimissä on yhteensä 92 protonia ja 141 neutronia.[7]
Vakaissa ytimissä neutroneja on sitä enemmän suhteessa protonien lukumäärään, mitä suurempi on ytimen massaluku. Tämän vuoksi uraani-235:n fissiotuotteet ovatkin beeta-aktiivisia eli niissä yksi neutroni muuttuu jonkin ajan kuluttua protoniksi vapauttaen samalla beetasäteilyä, toisin sanoen elektronin, ja antineutriinon.[6]
Yhden uraani-235-atomin fissioituessa vapautuu energiaa välittömästi 180,9 MeV.[8] Tähän sisältyvät fissiotuotteiden ja vapautuvien neutronien liike-energia sekä suoraan fission yhteydessä syntyvän gammasäteilyn energia. Fissiotuotteiden lähettämänä säteilynä vapautuu lisäksi energiaa myöhemmin 21,6 MeV atomia kohti, joten kaikkiaan energiaa vapautuu 202,5 MeV[8] eli 3,24 · 10-11 J. Täten moolia kohti energiaa vapautuu kaikkiaan 19,54 TJ ja kilogrammaa kohti 83,14 TJ.
Uraani-235:n fissiossa vapautuu noin 2,8 miljoonaa kertaa niin paljon energiaa kuin poltettaessa massaltaan sama määrä hiiltä.[9] Vapautuva energia on silti vain noin 0,09 prosenttia uraani-235:n massaa yhtälön E=mc² mukaan vastaavasta energiasta.
Uraani-235:n löysi massaspektrometrin avulla kanadalais-yhdysvaltalainen fyysikko Arthur Jeffery Dempster vuonna 1935.[10] Sen radioaktiivisten hajoamistuotteiden muodostama aktiniumsarja oli kyllä tunnettu jo aikaisemmin, mutta aktiniumin oli tällöin päätelty alkavan jostakin uraanin hajoamistuotteesta ja aktiniumsarjan haarautuvan siten radiumsarjasta.[11][12]
Uraani-235:n fission havaitsivat ensimmäisinä vuonna 1938 Otto Hahn ja Fritz Strassmann. Teoreettisesti sen selittivät seuraavana vuonna 1939 Lise Meitner ja Otto Robert Frisch.[7]