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Uranium naturel, enrichi et appauvri
Description : métal lourd
Isotopes : uranium 235, uranium 238, uranium 234
Production : traitement de minerai d'uranium
Utilisation : combustible des réacteurs et des sous-marins nucléaires ; composant des têtes nucléaires
Radioactivité : émetteur de particules alpha et de rayonnement X et gamma relativement faible
Commentaire : l'uranium 235 est une matière fissile ; l'uranium 238 une matière fertile
L'uranium, un métal lourd, se trouve largement répandu dans la nature, toujours en combinaison avec d'autres éléments. En janvier 1997, les ressources mondiales raisonnablement assurées à un coût de production de $80 ou moins par kilo se montaient à 2.53 millions de t [OCDE 97]. Le besoin en uranium des réacteurs dans le monde en l'année 2010 est estimé à 67 000 t/an [CEAIu 99].
L'uranium a seize isotopes, tous radioactifs. Les isotopes d'un élément donné contiennent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. Ils présentent donc presque les mêmes propriétés chimiques, mais des masses et des propriétés physiques et nucléaires différentes. Dans cette section, nous ne traiterons que de trois isotopes d'uranium contenus dans l'uranium naturel : l'uranium 235 (0,71 %), l'uranium 238 (99,28 %) et l'uranium 234 (0,0058 %).
CaractéristiquesUranium 235
L'uranium 235 est fissible et fissile. Quand un neutron rapide bombarde un élément dit fissible, l'élément se divise en des éléments plus légers et en même temps émet de l'énergie. Bien des éléments lourds sont fissibles. D'autre part, les seules matières dites fissiles sont l'uranium 235, l'uranium 233, le plutonium 239 et le plutonium 241. Ces matières peuvent être fissionnées par des neutrons lents aussi bien que par des neutrons rapides, une propriété nécessaire pour entretenir une réaction en chaîne.
Les bombes nucléaires et les réacteurs nucléaires utilisent tous deux des réactions en chaîne. Une réaction en chaîne de fission se produit quand les neutrons libérés par la fission des noyaux provoquent à leur tour la fission d'autres noyaux et la libération d'autres neutrons et ainsi de suite. Quand un engin nucléaire est mis à feu, la réaction en chaîne libère une quantité énorme d'énergie subitement. Dans un réacteur, la réaction est contrôlée et l'énergie est libérée progressivement.
La masse critique d'une matière fissile est la masse minimale qui peut entretenir une réaction en chaîne. Pour une matière donnée, la quantité varie selon des facteurs tels que la géométrie, la densité et la présence de modérateurs ou de réflecteurs de neutrons.
Uranium 238
L'uranium 238 est fissible et fertile. Des atomes fertiles créent de nouvelles matières fissiles par absorption de neutrons. Un atome d'uranium 238 qui absorbe un neutron devient, par des étapes intermédiaires, un atome de plutonium 239, matière fissile.
La transformation de l'uranium 238 en plutonium 239 a lieu normalement dans un réacteur où l'uranium 238 est le constituant très majoritaire (environ 96,5 %) du combustible et/ou dans les cibles ou les couvertures situés près du coeur (cas des réacteurs surgénérateurs). Les réacteurs dits militaires sont optimisés pour la création de plutonium 239, mais les réacteurs de puissance créent du plutonium comme sous-produit de la production d'énergie, si, comme à l'ordinaire, l'uranium 238 est présent dans leur combustible.
Le minerai d'uranium directement extrait de la mine contient en général moins d'un pour cent d'uranium mêlé aux descendants de l'uranium, à des métaux et sulfures divers et à d'autres matières. L'uranium doit être concentré avant de subir des transformations physico-chimiques. Une de ces transformations peut être l'enrichissement, c'est à dire l'augmentation du pourcentage d'uranium 235.
Pour une quantité donnée d'uranium naturel, l'enrichissement génère une quantité relativement petite d'uranium à plus de 0,71 % d'uranium 235 (uranium enrichi) et une plus grande quantité d'uranium à plus de 99,28 % d'uranium 238 (uranium appauvri).
Les catégories d'uranium dépendent du pourcentage de l'uranium 235 contenu. Le ministère de l'industrie demande aux détenteurs d'uranium un compte séparé pour chacune des catégories suivantes :
-- uranium enrichi à 20 % ou plus en uranium 235 ;
-- uranium enrichi à 10 % ou plus mais moins de 20 % ;
-- uranium enrichi à moins de 10 % en uranium 235 ;
-- uranium naturel ;
-- uranium appauvri [JO 8.iv.94].
Toutes ces catégories présentent un intérêt du point de vue militaire et civil.
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