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Piscine de combustible nucléaire usé

Uranium enrichi : types, utilisations et obtention

Uranium enrichi : types, utilisations et obtention

L'uranium enrichi est de l'uranium qui a subi un processus technologique pour augmenter la proportion de l'isotope uranium-235. En conséquence, l'uranium naturel est divisé en uranium enrichi et uranium appauvri.

L'uranium naturel contient trois isotopes de l'uranium :

  • Uranium-238 (99,2745%)

  • Uranium-235 (0,72 %)

  • Uranium-234 (0,0055%).

L'isotope uranium-238 (avec 238 neutrons) est un isotope relativement stable, incapable de générer une réaction nucléaire en chaîne indépendante, contrairement à l'isotope fissile U-235.

Actuellement, l'uranium-235 est la principale matière fissile utilisée dans les centrales nucléaires et dans certains types d' armes nucléaires telles que la bombe atomique. Cependant, pour de nombreuses applications, la proportion d'uranium fissile (U-235) dans l'uranium naturel est faible et la préparation du combustible comprend généralement un procédé d'enrichissement de l'uranium.

A quoi sert l'uranium enrichi ?

L'uranium enrichi favorise les réactions nucléaires en chaîne au sein des réacteurs atomiques.

La réaction nucléaire en chaîne implique qu'au moins un neutron libéré lors d'une réaction de fission frappe un autre atome et génère une autre réaction de fission. Cela nécessite que le concentré d'uranium soit suffisamment compact pour augmenter la probabilité que le neutron libéré trouve un prochain atome d'uranium.

D'autre part, lorsque des réactions se produisent à l'intérieur des réacteurs nucléaires, l'uranium-235 est gaspillé, ce qui réduit la probabilité d'une collision.

L'enrichissement d'uranium est une solution peu coûteuse pour augmenter la proportion d' uranium 235 dans le combustible nucléaire.

L'uranium enrichi est également utilisé dans les armes nucléaires. Dans la conception de la bombe atomique, il est nécessaire que dans le temps extrêmement court d'une explosion nucléaire, le nombre maximum d' atomes d'uranium-235 trouve son neutron, sa fission et libère de l'énergie.

Classification selon le degré d'enrichissement de l'uranium

L'uranium peut être classé en :

1. Naturel

L'uranium naturel avec une teneur en uranium-235 de 0,72 % est utilisé dans certains réacteurs de puissance (ex. CANDU canadien), dans des réacteurs produisant du plutonium (ex. A-1).

2. Peu enrichi

L'uranium contenant jusqu'à 20 % d'uranium 235 est dit faiblement enrichi. L'uranium enrichi de 2 à 5 % est désormais largement utilisé dans les réacteurs de puissance du monde entier. L'uranium enrichi jusqu'à 20 % est utilisé dans les réacteurs de recherche et d'expérimentation.

3. Hautement enrichi

L'uranium avec une teneur en uranium 235 supérieure à 20 % est appelé hautement enrichi ou arme.

L'uranium hautement enrichi peut être utilisé dans une arme thermonucléaire.

De plus, l'uranium hautement enrichi est utilisé dans les réacteurs nucléaires de puissance avec peu ou pas de ravitaillement, par exemple dans les réacteurs spatiaux.

4. appauvri

L'uranium appauvri contient 0,1-0,3% d'uranium-235. Il s'agit généralement du résidu du procédé d'enrichissement de l'uranium.

Ce matériau est largement utilisé comme noyaux pour les projectiles perforants en raison de la haute densité de l'uranium et de son faible coût.

À l'avenir, il est proposé d'utiliser de l'uranium appauvri dans les réacteurs à neutrons rapides.

Comment l'uranium est-il enrichi ?

Le processus d'enrichissement commence par l'uranium nettoyé de ses impuretés. 

De nombreuses méthodes de séparation isotopique sont connues. La plupart des méthodes sont basées sur différentes masses d'atomes d'isotopes différents : 235 est légèrement plus léger que 238. Cela se manifeste par une inertie différente des atomes.

Les méthodes électromagnétiques et la diffusion de gaz sont basées sur ce principe.

Aujourd'hui, presque toutes les installations d'enrichissement d'uranium sont basées sur la centrifugation du gaz. L'uranium est sous forme d'hexafluorure d'uranium. Après enrichissement, les usines chimiques transforment l'hexafluorure d'uranium en dioxyde d'uranium.

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Date de publication : 18 juin 2019
Dernier examen : 24 décembre 2021