Uranium 233
Lâuranium 233, notĂ© 233U, est l'isotope de l'uranium dont le nombre de masse est Ă©gal Ă 233 : son noyau atomique compte 92 protons et 141 neutrons, a un spin 5/2+, pour une masse atomique de 233,039 63 g/mol. Il est caractĂ©risĂ© par un excĂšs de masse de 36 919,1 ± 2,3 keV et une Ă©nergie de liaison nuclĂ©aire par nuclĂ©on de 7 604,0 keV[1]. Il possĂšde une demi-vie d'environ 159 190 ans.
Demi-vie | 1,591 9(15) ĂâŻ105 ans[1] |
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Produit de désintégration | 229Th |
Masse atomique | 233,0396343(24) u |
Spin | 5/2+ |
ExcÚs d'énergie | 36 919,1 ± 2,3 keV[1] |
Ănergie de liaison par nuclĂ©on | 7 603,957 ± 0,010 keV[1] |
C'est un isotope fissile issu du thorium 232 au cours du cycle du thorium. L'uranium 233 a fait l'objet de recherches pour usages militaire et civil, mais il n'a jamais Ă©tĂ© utilisĂ© hors expĂ©rimentation pour l'un ou pour l'autre[2], mĂȘme s'il a Ă©tĂ© utilisĂ© avec succĂšs dans des rĂ©acteurs nuclĂ©aires expĂ©rimentaux.
Production
L'uranium 233 est produit par irradiation neutronique du thorium 232 ; lorsque le thorium 232 absorbe un neutron, il se transforme en thorium 233, qui a une demi-vie de 22 minutes. Le thorium 233 se dĂ©sintĂšgre ensuite en protactinium 233 par dĂ©sintĂ©gration ÎČâ. Ce dernier a une demi-vie de 27 jours et se dĂ©sintĂšgre Ă son tour par radioactivitĂ© ÎČâ en uranium 233.
Certains ont proposĂ© des modĂšles de rĂ©acteur nuclĂ©aire Ă sels fondus pour isoler physiquement le protactinium afin d'empĂȘcher une capture neutronique supplĂ©mentaire parasite avant cette dĂ©sintĂ©gration ÎČ.
Propriétés
L'uranium 233 se fissionne généralement par capture neutronique, mais il arrive qu'il conserve ce neutron et se transforme en uranium 234. Le ratio capture sur fission est à ce titre plus petit que ceux des deux autres isotopes fissiles majeurs, l'uranium 235 et le plutonium 239 ; il est aussi plus bas que celui du plutonium 241, un isotope à vie courte, mais plus grand que celui du neptunium 236, un isotope trÚs difficile à produire.
Historique
Le public a Ă©tĂ© informĂ© pour la premiĂšre fois en 1946 que de l'uranium 233 produit Ă partir du thorium Ă©tait « une troisiĂšme source disponible d'Ă©nergie nuclĂ©aire et de bombe atomique » (de mĂȘme que 235U et 239Pu), par un rapport de l'ONU est un discours de Glenn T. Seaborg[3] - [4].
Pendant la Guerre froide, les Ătats-Unis ont produit environ deux tonnes d'uranium 233, de puretĂ©s chimiques et isotopiques variĂ©es[2]. Elles ont Ă©tĂ© produites au complexe nuclĂ©aire de Hanford et au Savannah River Site, dans des rĂ©acteurs prĂ©vus pour produire du plutonium 239[5]. Les coĂ»ts de production, estimĂ©s Ă partir de ceux de production de plutonium, furent d'environ deux Ă quatre millions de dollars US par kilogramme. Il existe Ă l'heure actuelle trĂšs peu de rĂ©acteurs dans le monde capables de produire de façon significative de l'uranium 233.
Utilisation comme combustible nucléaire
L'uranium 233 a Ă©tĂ© utilisĂ© comme combustible dans diffĂ©rents types de rĂ©acteurs et est proposĂ© comme combustible pour plusieurs nouveaux modĂšles (voir le cycle du combustible nuclĂ©aire au thorium), toujours produit Ă partir du thorium. L'uranium 233 peut ĂȘtre produit soit dans des rĂ©acteurs Ă neutrons rapides, soit dans des rĂ©acteurs Ă neutrons thermiques, contrairement aux cycles Ă base d'uranium 238 qui requiĂšrent un rĂ©acteur Ă neutrons rapides pour produire du plutonium afin de produire plus de matĂ©riau fissile que de matĂ©riau consommĂ©.
La stratégie à long terme du programme nucléaire de l'Inde, qui possÚde des réserves importantes de thorium, est de passer à un programme nucléaire à base d'uranium 233 produit à partir du thorium.
Ănergie dĂ©gagĂ©e
La fission d'un atome d'uranium 233 produit 197,9 MeV, soit 3,171 ĂâŻ10â11 J, qui correspond Ă 19,09 TJ/mol ou 81,95 TJ/kg[6].
Source | Ănergie dĂ©gagĂ©e moyenne (MeV) |
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Ănergie dĂ©gagĂ©e instantanĂ©ment | |
Ănergie cinĂ©tique des produits de fission | 168,2 |
Ănergie cinĂ©tique des neutrons prompts | 4,9 |
Ănergie des rayons Îł prompts | 7,7 |
Ănergie de dĂ©sintĂ©gration des produits de fission | |
Ănergie des particules ÎČâ | 5,2 |
Ănergie des anti-neutrinos | 6,9 |
Ănergie des rayons Îł retardĂ©s | 5,0 |
Somme, moins les anti-neutrinos échappés | 191,0 |
Ănergie relĂąchĂ©e lorsque les neutrons prompts qui ne (re)produisent pas de fission sont capturĂ©s | 9,1 |
Ănergie convertie en chaleur dans un rĂ©acteur nuclĂ©aire thermique | 200,1 |
Notes et références
-
(en) « Live Chart of Nuclides: 233
92U
141 », sur https://www-nds.iaea.org/, AIEA, (consultĂ© le ). - (en) C. W. Forsburg et L. C. Lewis, « Uses For Uranium-233: What Should Be Kept for Future Needs? », ORNL-6952, Laboratoire national d'Oak Ridge,â (lire en ligne [PDF]).
- (en) UP, « Atomic Energy 'Secret' Put into Language That Public Can Understand », Pittsburgh Press,â (lire en ligne, consultĂ© le )
- (en) UP, « Third Nuclear Source Bared », The Tuscaloosa News,â (lire en ligne, consultĂ© le ).
- (en) Orth, D.A., « Savannah River Plant Thorium Processing Experience », ANS annual meeting, San Diego, CA, USA, 18 juin 1978, Nuclear Technology, vol. 43,â , p. 63 (lire en ligne).
- (en) « Resources », sur NPLWebsite (consulté le ).
- (en) Cet article est partiellement ou en totalitĂ© issu de lâarticle de WikipĂ©dia en anglais intitulĂ© « Uranium-233 » (voir la liste des auteurs).