Uranium 233
| Nom | Uranium 233 |
|---|---|
| Symbole |
233 92U 141 |
| Neutrons | 141 |
| Protons | 92 |
| Demi-vie | 1,591 9(15) × 105 ans[1] |
|---|---|
| Produit de désintégration | 229Th |
| Masse atomique | 233,0396343(24) u |
| Spin | 5/2+ |
| Excès d'énergie | 36 919,1 ± 2,3 keV[1] |
| Énergie de liaison par nucléon | 7 603,957 ± 0,010 keV[1] |
| Isotope parent | Désintégration | Demi-vie |
|---|---|---|
| 233 91Pa |
β− | 26,975(13) jours |
| 233 93Np |
β+ | 1,591 9 × 105 ans |
| 237 94Pu |
α | 45,64(4) jours |
| Désintégration | Produit | Énergie (MeV) |
|---|---|---|
| α | 229 90Th |
4,90853 |
L’uranium 233, noté 233U, est l'isotope de l'uranium dont le nombre de masse est égal à 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 caractérisé par un excès de masse de 36 919,1 ± 2,3 keV et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 604,0 keV[1]. Il possède une demi-vie d'environ 159 190 ans.
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 été utilisé hors expérimentation pour l'un ou pour l'autre[2], même s'il a été utilisé avec succès dans des réacteurs nucléaires expérimentaux.
Production
[modifier | modifier le code]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 désintègre ensuite en protactinium 233 par désintégration β−. Ce dernier a une demi-vie de 27 jours et se désintègre à son tour par radioactivité β− en uranium 233.
Certains ont proposé des modèles de réacteur nucléaire à sels fondus pour isoler physiquement le protactinium afin d'empêcher une capture neutronique supplémentaire parasite avant cette désintégration β.
Propriétés
[modifier | modifier le code]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 très difficile à produire.
Historique
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Le public a été informé pour la première fois en 1946 que de l'uranium 233 produit à partir du thorium était « une troisième source disponible d'énergie nucléaire et de bombe atomique » (de même que 235U et 239Pu), par un rapport de l'ONU est un discours de Glenn T. Seaborg[3],[4].
Pendant la Guerre froide, les États-Unis ont produit environ deux tonnes d'uranium 233, de puretés chimiques et isotopiques variées[2]. Elles ont été produites au complexe nucléaire de Hanford et au Savannah River Site, dans des réacteurs prévus pour produire du plutonium 239[5]. Les coûts de production, estimés à partir de ceux de production de plutonium, furent d'environ deux à quatre millions de dollars US par kilogramme. Il existe à l'heure actuelle très peu de réacteurs dans le monde capables de produire de façon significative de l'uranium 233.
Utilisation comme combustible nucléaire
[modifier | modifier le code]L'uranium 233 a été utilisé comme combustible dans différents types de réacteurs et est proposé comme combustible pour plusieurs nouveaux modèles (voir le cycle du combustible nucléaire au thorium), toujours produit à partir du thorium. L'uranium 233 peut être produit soit dans des réacteurs à neutrons rapides, soit dans des réacteurs à neutrons thermiques, contrairement aux cycles à base d'uranium 238 qui requièrent un réacteur à neutrons rapides pour produire du plutonium afin de produire plus de matériau fissile que de matériau consommé.
La stratégie à long terme du programme nucléaire de l'Inde, qui possède des réserves importantes de thorium, est de passer à un programme nucléaire à base d'uranium 233 produit à partir du thorium.
Énergie dégagée
[modifier | modifier le code]La fission d'un atome d'uranium 233 produit 197,9 MeV, soit 3,171 × 10−11 J, qui correspond à 19,09 TJ/mol ou 81,95 TJ/kg[6].
| Source | Énergie dégagée moyenne (MeV) |
|---|---|
| Énergie dégagée instantanément | |
| Énergie cinétique des produits de fission | 168,2 |
| Énergie cinétique des neutrons prompts | 4,9 |
| Énergie des rayons γ prompts | 7,7 |
| Énergie de désintégration des produits de fission | |
| Énergie des particules β− | 5,2 |
| Énergie des anti-neutrinos | 6,9 |
| Énergie des rayons γ retardés | 5,0 |
| Somme, moins les anti-neutrinos échappés | 191,0 |
| Énergie relâchée lorsque les neutrons prompts qui ne (re)produisent pas de fission sont capturés | 9,1 |
| Énergie convertie en chaleur dans un réacteur nucléaire thermique | 200,1 |
Notes et références
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(en) « Live Chart of Nuclides: 233
92U
141 », sur www-nds.iaea.org, AIEA, (consulté 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, (lire en ligne [PDF]).
- (en) UP, « Atomic Energy 'Secret' Put into Language That Public Can Understand », Pittsburgh Press, (lire en ligne, consulté le )
- (en) UP, « Third Nuclear Source Bared », The Tuscaloosa News, (lire en ligne, consulté 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, , p. 63 (lire en ligne).
- (en) « Resources », sur NPLWebsite (consulté le ).
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Uranium-233 » (voir la liste des auteurs).
