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Piscine de combustible nucléaire usé

Qu'est-ce que l'uranium ? Types et caractéristiques

Qu'est-ce que l'uranium ? Types et caractéristiques

L'uranium est un élément chimique utilisé comme combustible nucléaire. C'est le combustible le plus utilisé dans les réactions de fission nucléaire. C'est un élément naturel que l'on peut trouver dans la nature. Cependant, pour pouvoir utiliser l'uranium dans un réacteur nucléaire, il doit subir un certain traitement.

Pour connaître les particularités qui rendent l'uranium si différent des autres substances, nous devons d'abord considérer quelques notions de physique nucléaire de base.

Considérations physiques de base de l'uranium

Un atome d'un noyau et des électrons qui entourent 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 de se séparer, c'est un nouveau type de force : une force d'attraction à courte portée immensément puissante agit de manière interchangeable entre les protons et les neutrons (qui de ce point de vue sont tous des nucléons). La force nucléaire à courte portée les maintient ensemble, s'opposant à l'effet répulsif des charges positives des protons. De cette façon, les neutrons agissent comme un "ciment nucléaire".

Caractéristiques de l'uranium, un élément instable

Nous pouvons trouver de 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 vaincre la force nucléaire.

Les atomes d'un même élément peuvent appartenir à des isotopes différents selon le nombre de neutrons qu'ils contiennent.

S'il y a 146 neutrons présents dans le noyau de l'atome d'uranium, c'est dans une situation instable. Cette forme d'uranium qui contient un total de 238 nucléons (92 protons et 146 neutrons), est appelée uranium-238.

L'arrangement suivant 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'ils contiennent 92 protons. Cependant, ils appartiennent à des isotopes différents car l'un a 238 neutrons et l'autre 235.

Le cœur en uranium 235 est déjà soumis à des contraintes proches de la défaillance interne ; un neutron parasite s'en approchant peut le casser complètement.

Pour les réactions de fission nucléaire, nous nous intéressons à cette combinaison de protons et de neutrons si proche de vaincre la force nucléaire. De cette façon, juste en ajoutant un neutron à l'atome, il explose et se divise, générant d'autres neutrons qui peuvent entrer en collision avec d'autres atomes d'uranium qui sont également à la limite.

Quels sont les types d'uranium ?

L'uranium peut être naturel, enrichi, appauvri.

Uranium appauvri

L'uranium appauvri est un mélange des trois mêmes isotopes de l'uranium, sauf qu'il contient très peu de 234U et 235U. Il est moins radioactif que l'uranium naturel.

Uranium enrichi

L'uranium enrichi est un autre mélange d'isotopes qui contient plus de 234U et 235U que l'uranium naturel. L'uranium enrichi est plus radioactif que l'uranium naturel.

Uranium naturel

L'uranium naturel est utilisé pour fabriquer de l'uranium enrichi; le produit restant est de l'uranium appauvri.

A quoi sert l'uranium ?

L'uranium est très important dans l'industrie de l'énergie nucléaire en tant que combustible nucléaire. Plus précisément, les centrales nucléaires utilisent souvent de l'uranium enrichi. Pourtant, il existe d'autres applications pour l'uranium appauvri.

L'uranium est presque aussi dur que l'acier et beaucoup plus dense que le plomb. Cette caractéristique fait de l'uranium appauvri un élément optimal pour lequel des applications telles que :

  • Contrepoids dans les rotors d'hélicoptère et dans les pièces d'avion
  • Bouclier de protection contre les rayonnements ionisants
  • Composant de munitions afin qu'elles pénètrent plus facilement les véhicules blindés ennemis.
  • Blindage dans les véhicules militaires.

Isotopes de l'uranium

L'uranium peut être présent dans différentes compositions dans son noyau, c'est-à-dire dans différents isotopes. Bien que l'uranium puisse être trouvé dans la nature, il se trouve en grande partie dans une configuration qui n'est pas la plus appropriée pour générer des réactions nucléaires. Pour cette raison, les atomes d'uranium sont modifiés artificiellement pour devenir d'autres isotopes plus instables. Ces nouveaux isotopes de l'uranium favoriseront la génération de réactions en chaîne de fission nucléaire.

L'uranium-235 (235U) est le seul isotope fissile, c'est-à-dire capable de provoquer une réaction en chaîne de fission nucléaire, 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 de l'uranium sont les suivants

  • Uranium-232 d'origine synthétique.
  • Uranium-233 d'origine synthétique.
  • Uranium-234 présent à 0,0054 % dans la nature.
  • Uranium-235 présent à 0,7204% dans la nature.
  • Uranium-236 d'origine synthétique.

Uranium-238 présent à 99,2742% dans la nature.

    Auteur :

    Date de publication : 8 avril 2014
    Dernier examen : 19 novembre 2019