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Piscine de combustible nucléaire usé

Uranium

Uranium

L'uranium est le combustible nucléaire le plus largement utilisé dans les réactions de fission nucléaireC'est un élément naturel que l'on peut trouver dans la nature. Dans tous les cas, pour utiliser de l'uranium dans un réacteur nucléaire, vous devez subir un traitement.

Pour connaître les particularités qui rendent l'uranium si différent des autres substances, nous devons d'abord examiner certaines bases de la physique nucléaire.

Considérations physiques fondamentales de l'uranium

Un atome d'un noyau et d' électrons entourant ce noyau. À son tour, un noyau est constitué de protons et de neutronsUn proton a une charge positive. Un neutron n'a pas de charge électrique et est neutre.

Les charges positives des protons tentent de pousser violemment vers l'extérieur. Ce qui les empêche de se séparer est un nouveau type de force: une force d'attraction extrêmement puissante à courte portée agit de manière interchangeable entre protons et 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, élément instable

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 différents isotopes en fonction du nombre de neutrons qu'ils contiennent.

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

La prochaine disposition la plus probable est un noyau d'uranium contenant trois neutrons en moins: l'uranium 235. Les atomes avec ces noyaux plus légers représentent environ 0,7% de l'uranium qui apparaît naturellement.

Les deux cas sont le même élément, l'uranium, puisqu'ils ont 92 protons. Cependant, ils appartiennent à différents isotopes car l'un a 238 neutrons et l'autre 235.

Le noyau d'uranium 235 est déjà sous une tension proche de la rupture interne; un neutron égaré qui l'aborde peut le casser complètement.

Pour les réactions de fission nucléaire, nous nous intéressons à cette combinaison de protons et de neutrons qui est si proche de la force nucléaire. Ainsi, le simple fait d'ajouter un neutron à l'atome explose et divise en générant d'autres neutrons pouvant entrer en collision avec d'autres atomes d'uranium également à la limite.

Uranium enrichi et uranium appauvri

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

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

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

Applications d'uranium

L'uranium est très important dans le secteur de l'énergie nucléaire en tant que combustible nucléairePlus précisément, les pratiques nucléaires utilisent souvent de l'uranium enrichi. Néanmoins, il existe d'autres applications d'uranium appauvri.

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

  • Contrepoids en rotors d'hélicoptère et en pièces d'avion
  • Bouclier de protection contre les rayonnements ionisants
  • Composants de munitions afin qu'ils pénètrent plus facilement dans les véhicules blindés de l'ennemi.
  • Armure dans les véhicules militaires.

Isotopes d'uranium

L'uranium peut se trouver dans différentes compositions de son noyau, c'est-à-dire dans différents isotopes. Bien que l'uranium puisse être trouvé dans la nature, il se trouve principalement dans une configuration qui ne convient pas le mieux pour générer des réactions nucléaires. Pour cette raison, les atomes d'uranium sont modifiés artificiellement pour en faire d'autres isotopes plus instables. Ces nouveaux isotopes d'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 de fission nucléaire en chaîne, présente dans la nature. C'est une caractéristique que même l'uranium-238, le plus commun de cet élément, ne possède.

Les autres isotopes de l'uranium sont les suivants

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

L'uranium 238 est présent à 99,2742% dans la nature.

 

      Références

      Auteur :

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