L'uranium est un métal lourd utilisé principalement comme combustible pour les réacteurs nucléaires afin de produire de l'électricité dans les centrales nucléaires. C'est un élément chimique naturel qui se trouve dans la croûte terrestre où la concentration moyenne d'uranium est de 4 parties par million.
Dans tous les cas, pour l'utiliser dans un réacteur nucléaire et générer une réaction nucléaire en chaîne, il doit subir un traitement particulier.
Le cycle du combustible nucléaire est l'ensemble des opérations d'extraction, fourniture, utilisation et gestion des déchets radioactifs du combustible nucléaire.
A quoi sert l'uranium ?
Ses principales applications sont liées à l'énergie nucléaire. Cependant, sa grande dureté et sa haute densité en font un matériau idéal pour d'autres applications.
Nous énumérons ci-dessous les principales utilisations de l'uranium :
Comme combustible nucléaire dans les centrales nucléaires, voire dans les réacteurs surgénérateurs : dans ce cas, le minerai doit d'abord subir un processus d'enrichissement.
Pour la fabrication d'armes nucléaires telles que la bombe atomique. Le yellow cake est de l'uranium non enrichi et ne peut pas être utilisé seul pour fabriquer des armes nucléaires .
Contrepoids dans les rotors d'hélicoptères et les pièces d'avions.
Bouclier de protection contre les rayonnements ionisants.
Composant utilisé dans la production de munitions perforantes et d'armures à haute résistance
Armure dans les véhicules militaires.
L'obtention de plutonium 239
Estimation de l'âge de la Terre à partir de sa demi-vie de plusieurs centaines de millions d'années.
A quoi ressemble un atome d'uranium ?
Un atome est constitué d'un noyau et d' électrons entourant ce noyau. À son tour, un noyau est constitué de protons et de neutrons. Un proton a une charge positive. Un neutron n'a pas de charge électrique et est neutre.
Les charges positives sur les protons essaient de se forcer vers l'extérieur. Ce qui les empêche d'être séparés est un nouveau type de force : une force d'attraction à courte portée extrêmement puissante agissant de manière interchangeable entre les protons et les neutrons (qui sont tous des nucléons de ce point de vue).
La force nucléaire à courte portée les maintient ensemble, s'opposant à l'effet répulsif des charges positives sur les protons. Ainsi, les neutrons agissent comme « ciment nucléaire ».
L'uranium dans le tableau périodique
On peut trouver l'uranium dans le tableau périodique avec le numéro atomique 92 avec le symbole "U". Il appartient au groupe des actinides.
Le noyau d'un atome d'uranium contient 92 protons. Dans ces conditions, la force répulsive entre les protons est sur le point de l'emporter sur la force nucléaire.
Les atomes d'un même élément peuvent appartenir à des isotopes différents selon le nombre de neutrons qu'il contient.
S'il y a 146 neutrons présents dans le noyau de l'atome d'uranium, il est dans une situation instable. Cette forme, qui contient au total 238 nucléons (92 protons et 146 neutrons), est appelée uranium-238 (U-238).
Le prochain arrangement le plus probable est un noyau d'uranium contenant trois neutrons de moins : l'uranium 235. Les atomes avec ces noyaux plus légers représentent environ 0,7% de l'uranium naturel.
Les deux cas concernent à peu près le même élément, l'uranium, puisqu'il possède 92 protons. Cependant, ils appartiennent à des isotopes différents car l'un a 238 neutrons et l'autre 235.
Le noyau d'uranium 235 est déjà sous contrainte proche de la rupture interne ; un neutron parasite s'en approchant peut le casser complètement.
Pour les réactions de fission nucléaire, nous nous intéressons à cette combinaison entre protons et neutrons qui est si près de vaincre la force nucléaire. De cette façon, rien qu'en ajoutant un neutron à l'atome, celui-ci explose et se divise, générant d'autres neutrons qui peuvent entrer en collision avec d'autres atomes d'uranium également à la limite.
Mines d'uranium
Dans le monde, il existe des mines d'uranium sur différents continents qui fournissent le combustible nécessaire aux 435 réacteurs nucléaires en exploitation et aux plus de 70 réacteurs en construction. De plus, une partie de l'uranium est destinée à la production d'isotopes à usage médical et une autre à la propulsion navale.
Les mines avec matériels teneurs en uranium se trouvent dans une vingtaine de pays et la plus grande production d'uranium est concentrée dans 10 mines principales, qui fournissent près de 55 % de la production mondiale, ce qui représente quelque 30 000 tonnes d'uranium (tU). Les dix premières mines sont concentrées dans 6 pays :
Rivière McArthur, Canada
Rangers, Australie
Barrage olympique, Australie
Rossing, Namibie
Kraznokamensk, Russie
Arlit, Niger
Tortkuduk, Kazakhstan
Budenovskoïe 2, Kazakhstan
nkai Sud, Kazakhstan
Inkaï, Kazakhstan
Les isotopes de l'uranium
L'uranium peut se présenter sous différentes compositions dans son noyau, c'est-à-dire dans différents isotopes. Bien que l'uranium puisse être trouvé dans la nature, la majeure partie se trouve dans une configuration qui n'est pas idéale pour générer des réactions nucléaires.
Pour cette raison, les atomes de cet élément sont artificiellement modifiés pour les convertir en d'autres isotopes plus instables. Ces nouveaux isotopes favorisent la génération de réactions de fission nucléaire en chaîne.
L'uranium 235 (235U) est le seul isotope fissile, c'est-à-dire capable de provoquer une réaction en chaîne de fission spontanée, présent dans la nature. C'est une caractéristique que même l'uranium 238, le plus commun de cet élément, ne possède pas.
Les autres isotopes sont les suivants
U-232 d'origine synthétique.
U-233 d'origine synthétique.
U-234 présent à 0,0054% dans la nature.
U-235 présent à 0,7204% dans la nature. Son noyau est composé de 92 protons et 143 neutrons.
U-236 d'origine synthétique.
U-238 99,2742% présent dans la nature.
Quels sont les types d'uranium ?
L'uranium peut être naturel, enrichi, appauvri.
Appauvri
L'uranium appauvri est un mélange des trois mêmes isotopes de l'uranium, sauf qu'il contient très peu d'234U et d'235U. Il est moins radioactif que l'uranium naturel.
Enrichi
L'uranium enrichi est un autre mélange d'isotopes qui contient plus de 234U et 235U que l'uranium naturel. Celui enrichi est plus radioactif que le naturel et plus instable, ce qui le rend idéal pour générer des réactions nucléaires en chaîne.
Naturel
L'uranium naturel est utilisé pour fabriquer de l'uranium enrichi ; le surplus de produit est épuisé.
