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Utilisation militaire
L'uranium très hautement enrichi, à plus de 90 % d'uranium 235, est l'uranium choisi pour les têtes militaires qui utilisent ordinairement de l'uranium enrichi à 93,5 % [NRDC 84]. Selon l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA), il faut environ 25 kg d'uranium enrichi à 20 % ou plus (uranium hautement enrichi ; UHE) pour fabriquer un engin nucléaire. Néanmoins, il est possible de fabriquer un engin d'une puissance d'une kilotonne, en n'utilisant que 2,5 à 8 kg d'uranium enrichi à 20 % ou plus, la quantité exacte dépendant de la capacité technologique du fabricant [Cochran 94].
Moins l'uranium est enrichi, plus il en faut. L'enrichissement à 20 % est généralement considéré comme le niveau minimal d'enrichissement utilisable pour la fabrication d'une bombe. La limite théorique absolue est l'enrichissement à 5-6 % et, à ce taux, il en faudrait une quantité énorme [NRDC 84]. A des niveaux d'enrichissement en dessous de 20 %, la plus grande utilité militaire de cet uranium pour les fabricants potentiels de bombes pourrait être de leur donner une avance importante pour un enrichissement à des niveaux supérieurs.
Une autre utilisation militaire de l'uranium enrichi est le combustible des sous-marins. Dans les années 50, les Français ont essayé de construire un sous-marin avec un combustible à l'uranium naturel, le Q244, mais ils ont dû abandonner ce projet qui s'est révélé impraticable. Pour cet objectif, l'enrichissement varie d'environ 7,5 % à 90 % ou plus.
L'uranium appauvri et parfois l'uranium naturel, sont utilisés comme composants des armes nucléaires. Bien que l'uranium 238 ne puisse pas entretenir de réaction en chaîne, il est fissible par les neutrons très rapides provenant des réactions à l'intérieur des bombes. Fissionné, il éjecte des neutrons. Donc une couverture en uranium appauvri ou même en uranium naturel dans une bombe augmente la puissance de la bombe [NRDC 84].
L'uranium appauvri et l'uranium naturel sont également utilisés pour leur haute densité. Les militaires fabriquent des projectiles cinétiques et des blindages de chars avec de l'uranium appauvri.
Utilisation civile
Chaque catégorie d'uranium énumérée par le ministère de l'Industrie correspond au combustible des divers types de réacteurs. L'uranium enrichi à plus de 20 % est utilisé dans le combustible des réacteurs de recherche. A des fins de non-prolifération, c'est-à-dire afin d'éviter une utilisation potentielle à des fins militaires, on lui substitue aujourd'hui un combustible en siliciure d'uranium enrichi à environ 19,5 % ou un combustible Caramel à uranium enrichi à environ 7 %. Les réacteurs à eau pressurisée (REP) - les réacteurs de puissance actuellement en service en France - et les réacteurs à eau bouillante (REB) utilisent l'uranium enrichi à environ 3,5 %. Les réacteurs UNGG (uranium-naturel-graphite-gaz) et la filière canadienne Candu sont alimentés en uranium naturel. L'uranium appauvri ou l'uranium naturel sont utilisés dans les combustibles Mox (oxydes mixtes uranium-plutonium) et les couvertures des réacteurs à neutrons rapides (RNR) et dans les combustibles Mox des réacteurs à eau ordinaire (REO, à eau pressurisée et à eau bouillante). Parmi les autres utilisations civiles d'uranium appauvri on trouve les blindages compacts de certains irradiateurs ou des alliages pour l'aéronautique.
Impact sur la santé et l'environnement
Les isotopes d'uranium présents dans l'uranium naturel posent des problèmes chimiques ou liés à la radioactivité et à leurs descendants.
L'uranium, comme d'autres métaux lourds, est fortement toxique. Son incorporation dans l'organisme humain se manifeste, comme d'autres métaux lourds, par des atteintes rénales, qui très souvent sont irréversibles et par des lésions des artères [Belbéoch 93, Gillet 92].
Les isotopes de l'uranium, comme les autres matières radioactives, émettent des radiations ionisantes, c'est-à-dire des radiations assez fortes pour arracher des électrons de la couche périphérique des atomes de la matière qu'elles frappent ; donc, assez fortes pour endommager ou détruire des cellules vivantes. Les radiations ionisantes d'une matière radioactive donnée prennent l'une ou plusieurs de ces quatre formes : rayonnements gamma, particules bêta (électrons ou positrons), particules alpha (petits noyaux d'hélium, formé de 2 neutrons et de 2 protons), et neutrons.
Le rayonnement gamma est le plus pénétrant. Les particules alpha sont les moins pénétrantes et peuvent, théoriquement, être arrêtées par un écran de faible épaisseur. Cependant, le rayonnement alpha apparaît rarement sans être accompagné d'autres émetteurs (X en particulier) et parce qu'elles ont un parcours très court dans la matière, ces particules se concentrent sur quelques micromètres de tissus et sont donc très nocives. L'uranium naturel émet un rayonnement gamma et des particules alpha.
La demi-vie (également appelée "période") ‹ la durée du temps nécessaire pour la désintégration de la moitié de la matière ‹ diffère d'un isotope à l'autre. Pour l'uranium 234, 235, et 238, les demi-vies sont respectivement de 247 000 ans, 0,71 milliard d'années et 4,51 milliards d'années. Plus la période est longue, moins la désintégration de l'isotope est rapide et moins il y a de radiations émises pendant un temps donné. Ainsi, l'uranium 238 émet moins de particules alpha par seconde que ne le fait l'uranium 235.
Le nombre de désintégrations d'une masse donnée pendant une période de temps donnée est l'activité spécifique, qui peut être mesurée en becquerels (Bq). Un becquerel est égal à une désintégration par seconde. En raison des pourcentages différents d'U235 dans les diverses catégories d'uranium, chaque catégorie présente une activité spécifique différente. Celle de l'uranium naturel est de 25 000 Bq/g ; celle de l'uranium enrichi à 5 %, 100 000 Bq/g ; celle de l'uranium enrichi à 100 %, 1 800 000 Bq/g [Gillet 92]. L'activité spécifique est l'une des caractéristiques qui déterminent l'intensité des dégâts que peut provoquer un isotope. Les autres caractéristiques sont l'énergie des particules émises et la trajectoire et la durée de séjour dans le corps.
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