Uranium 234

Le détail de la formation de ²³⁴U par décroissance de ²³⁸U est le suivant : Les noyaux de ²³⁸U émettent une particule alpha et se transforment en thorium 234 (²³⁴Th). Ensuite, avec une demi-vie courte, les noyaux de ²³⁴Th émettent un électron (particule bêta) pour devenir le protactinium 234m (^234mPa). Pour finir, les noyaux de ^234mPa émettent une autre particule bêta de forte énergie pour devenir les noyaux de ²³⁴U.

${\displaystyle {}^{2}{}_{92}^{38}{\hbox{U}}\;{\xrightarrow[{4,4688~Ga}]{\alpha ~4,856~MeV}}\;{}^{2}{}_{90}^{34}{\hbox{Th}}\;+\;{}_{2}^{4}{\hbox{He}}}$

${\displaystyle {}^{2}{}_{90}^{34}{\hbox{Th}}\;{\xrightarrow[{24,1~j}]{\beta ~0,199~MeV}}\;{}^{2}{}_{91}^{34m}{\hbox{Pa}}~\scriptstyle {\mathsf {ou~en~faible~proportion}}\displaystyle ~{}^{2}{}_{91}^{34}{\hbox{Pa}}+\beta ^{-}}$

principalement:${\displaystyle \;{}^{2}{}_{91}^{34m}{\hbox{Pa}}{\xrightarrow[{1,17~min}]{\beta ~2,29~MeV}}\;{}^{2}{}_{92}^{34}{\hbox{U}}+\beta ^{-}}$

en faible proportion:${\displaystyle \;{}^{2}{}_{91}^{34}{\hbox{Pa}}{\xrightarrow[{6,75~h}]{\beta ~2,195~MeV}}\;{}^{2}{}_{92}^{34}{\hbox{U}}+\beta ^{-}}$

Note : le thorium 234, formé par émission de la particule α qui a emporté deux protons du noyau de l'uranium 238, se trouve en excès de neutrons par rapport à l'isotope principal du thorium, le thorium 232.

L'uranium enrichi contient une proportion plus grande d'uranium 234 que l'uranium naturel car le procédé augmente la teneur de l'isotope de faible masse. Dans l'uranium enrichi environ à 4 % utilisé dans les réacteurs à eau légère, la teneur en ²³⁵U augmente de 0,72 % à 4 %, soit un facteur de l'ordre de 5,5. On peut donc estimer grossièrement à 10 le facteur d'augmentation de la teneur en ²³⁴U soit une augmentation de 0,0055 % à environ 0,06 %. L'uranium appauvri ne contient qu'une proportion très faible d'²³⁴U (autour de 0,001 %) ce qui fait que la radioactivité de l'uranium appauvri est environ la moitié de celle l'uranium naturel.

En réacteur, ²³⁴U n'est pas fissile (en neutrons thermiques) et capture les neutrons pour devenir l'²³⁵U. La section efficace de capture est d’environ 100 barns en neutrons thermiques, valeur très supérieure aux 2,7 barns dans le cas de l’uranium 238 donc une quantité relativement plus importante d’uranium 234 est convertie en uranium 235 en comparaison de la conversion d’uranium 238 en plutonium 239. L'uranium 234 représente donc un matériau fertile dont la très faible teneur n'est pas gênante pour le procédé. En outre, une faible part de l’uranium 235 est convertie en uranium 234 par réaction (n, 2n)[alpha 2] avec les neutrons rapides, de sorte que le combustible nucléaire usé peut contenir environ 0,010 % d'uranium 234, valeur supérieure à la teneur naturelle.

L'uranium 234 se retrouve dans l'uranium de retraitement en quantité non négligeable par comparaison avec l'uranium 235.