¿Se puede formar un planeta hecho completamente de uranio? Hipotéticamente, ¿qué le sucedería?

Answer 1

Es muy poco probable que tal planeta pueda existir, debido a la baja abundancia relativa de uranio en comparación con los elementos mucho más comunes como el hidrógeno, el helio y el carbono en el Universo.

Gráfico que muestra las abundancias relativas de los elementos en el Sistema Solar. eje x: número atómico. El uranio está en la esquina inferior derecha.

Las eyecciones de algunos eventos cataclísmicos (colapso de 2 estrellas de neutrones, algunas supernovas) pueden fusionarse gravitadamente y formar localmente objetos compuestos principalmente de átomos pesados, pero como los átomos más ligeros son ubicuos, es altamente improbable y, de ser así, puede estar hecho principalmente de transición metales (especialmente hierro), seguidos por átomos más pesados ​​como los actínidos, uno de ellos es el uranio.

Pero digamos que obtienes un planeta así, hecho de uranio puro.

El uranio tiene 2 isótopos principales, uranio-238 y uranio-235. El uranio natural en la Tierra y en el Sistema Solar está compuesto casi por completo de uranio-238. El uranio-235 se encuentra como trazas (0,71%).

El uranio-235 es un material fisible, lo que significa que se fisiona fácilmente en núcleos más pequeños cuando es golpeado por neutrones.

Un planeta puro de uranio 235 del tamaño de la Tierra experimentará una explosión nuclear por la creciente tasa de fisión de los núcleos de uranio 235, liberando una cantidad excesiva de neutrones. Puede evitarlo solo con una esfera de uranio puro 235 de radio inferior a 17 cm. En este caso, su planeta es del tamaño de una pelota de fútbol grande, con un peso de 52 kg y liberando alrededor de 3 mW de calor debido a la radiactividad (el cuerpo humano produce 80 vatios de calor debido al metabolismo).

Por el contrario, el uranio-238 absorbe neutrones y, por lo tanto, mitiga el aumento incontrolado del flujo de neutrones: cuanto más uranio-238 hay en su esfera de uranio, más difícil es mantener la fisión nuclear de uranio-235.

Una búsqueda rápida en la red le brinda la masa crítica de algunos grados de uranio:

• 100% uranio-235: 52 kg
• 20% de uranio-235, 80% de uranio-238: más de 400 kg;
• 15% de uranio-235, 85% de uranio-238: más de 600 kg.

Dado el hecho de que el uranio natural es 0,71% de uranio-235, la masa crítica debe ser mucho mayor, pero ¿en qué medida? La tendencia anterior ciertamente no es lineal, y el cálculo es bastante difícil, ya que requiere algunas herramientas de simulación (encontré una increíble simulación 2D aquí. Su computadora comienza a disminuir la velocidad para miles de átomos, lo que le da una pista sobre la complejidad del cálculo en 3-D para un planeta de uranio).

Supongamos que la masa crítica para el uranio natural es mucho más baja que la masa de un planeta del tamaño de la Tierra (~ 10 ^ 24 kg). En este caso, su planeta también explotará, transformando sus núcleos de uranio en núcleos más ligeros. El planeta se volverá a formar por acreción, almacenará y producirá una gran cantidad de calor en su interior, y obtendrá, después de billones de años de descomposición radiactiva y transmutación, un planeta frío compuesto por una gran parte de la tabla periódica, desde plomo hasta hidrógeno (hidrógeno, por ejemplo, creado por colisión electrón-protón a partir de la radiactividad de varios radionucleidos).

Por otro lado, si el uranio natural no tiene masa crítica, la fisión nuclear no será sostenida y su planeta no explotará. La radiactividad del uranio y sus hijas producirá suficiente calor para derretir el interior y facilitar la diferenciación de los elementos por gravedad: núcleos y gases más ligeros en las capas externas, y los núcleos más pesados ​​en las capas más profundas, con los más pesados, uranio y plutonio (creado por captura de neutrones de uranio-238) acumulándose en el núcleo.

Las burbujas de gases radiactivos (criptón, radón, xenón y átomos volátiles calientes) creados en el interior líquido irán hacia la superficie a través de la flotabilidad.

Answer 2

La tabla de abundancia solar que Maximilien Kitutu da muestra que por cada 10 ^ 10.2 átomos de hidrógeno hay 10 ^ -2.2 átomos de uranio. En términos de masa, eso es 16 mil millones de masas de hidrógeno para 1.5 masas de uranio. Fracción de masa 0.0000000001.

Entonces, los constructores de un planeta así, si fuera tan masivo como la Tierra, tendrían que eliminar todo el uranio de 30,000 estrellas como el Sol.

Si se tratara de uranio con la misma composición isotópica que la del uranio en la Tierra, no sería una masa crítica. La fisión en cadena no pudo ocurrir …

En una mezcla homogénea de combustible de uranio natural y moderador de grafito de carbono, el valor más alto de k_infinity es 0.855, por lo tanto, una cadena de fisión no puede ser sostenida

… porque sin moderador, k_infinity estaría aún más por debajo de la unidad, es decir, cada generación de neutrones sería sucedido por una generación menor que 0.855 como numerosa. Y el “infinito” significa que el combustible llena todo el espacio, por lo que no se pierden neutrones en su límite. Eso es de Conferencias sobre Tecnología de Reactores Aplicados y Seguridad de Energía Nuclear, Henryk Anglart .

Tabla 1 de ¿Cuánto uranio hay en la Tierra? dice cuánto calor produce un kilogramo de uranio en la Tierra: 95 microvatios. Pero gran parte de esto proviene de sus hijas radiactivas. La construcción de un planeta de uranio presumiblemente los dejaría fuera, y no volverían a crecer de inmediato. Con solo sus propias desintegraciones alfa: 12.5 millones por kilogramo-segundo desde 238-U, lo mismo nuevamente desde 234-U, la hija que viene con – son 18 microwatts / kg. Entonces, un planeta de uranio, si fuera genial para empezar, se calentaría bastante lentamente por este proceso. La regla empírica de capacidad calorífica Dulong y Petit de 6 calorías por mol-kelvin da 105 J / (kg K) para eso. Un kilogramo de uranio puro perfectamente aislado, con sus 18 microvatios, se calentará a razón de un kelvin, también conocido como un grado Celsius, cada 68 días.

Esto definitivamente hará una estrella en miniatura muy caliente impulsada por la desintegración alfa a la larga, pero si suponemos que los constructores pueden construir un pequeño planeta de uranio con bastante rapidez, y hacer que comience con frescura de principio a fin, la desintegración alfa ganó ‘ t hacer mucho para cambiar esto en los primeros años

Lo que causará un calentamiento bastante rápido es un fenómeno completamente no nuclear: la contracción gravitacional. Si materializan los ladrillos de uranio no presurizados a temperatura ambiente en un mosaico tridimensional perfecto del tamaño de un planeta, los del centro pronto estarán a una presión similar a la del centro de la Tierra, donde la densidad del hierro se eleva a la de la habitación. presión de plomo. El uranio metálico, igualmente exprimido, podría pasar de su presión ambiente de 19 g / cm ^ 3 a 30 o 40. Esto permitiría realizar mucho trabajo por gravedad, y la mayor parte de ese trabajo se convertiría en calor interior planetario.

Answer 3

Creo que no se llamaría planeta entonces, porque debido a la gran cantidad de uranio liberaría una gran cantidad de energía, lo que podría dar lugar a su brillo (podría llamarse una estrella entonces, o una estrella bebé como esa).

Incluso si se formó, simplemente se desintegrará emitiendo radiación. ¡Incluso puede existir en nuestro Universo, después de todo, no conocemos todo este Universo!

Gracias enemigo leyendo.

Answer 4

No estoy muy seguro, pero dado que el uranio es un elemento radiactivo, incluso si un planeta fuera hecho de él, creo que sufriría una descomposición, emitiendo espontáneamente radiaciones al espacio.