L'uranium
L'uranium est un élément dont le noyau de l'atome comprend 235 neutrons et 92 protons.
Cet atome est appelé lourd. De part la taille de son noyau, les forces qui permettent aux
protons d'être maintenus ensemble ne sont plus assez grandes pour lutter contre les
forces électriques de répulsion dues aux protons. Il s'ensuit qu'à l'état naturel le
noyau d'uranium se désintègre, cette désintégration est appelée fission naturel. Ils
existent une cinquantaine d'éléments présentant cette caractéristique. Lors de la
fission d'un atome il y a émission de radiations appelées radioactivité.
Lors de la fission, il y a émission de trois types de rayonnement appelés
radioactivité:
- type alpha: 2 protons + 2 neutrons (hélium) éjectés grande vitesse (peut être
arrêté par du papier)
- type bêta : électrons éjectés à grande vitesse (peut être arrêté par quelques mm
d'aluminium)
- type gamma : électromagnétique, très pénétrant (peut être arrêté par du béton
ou du plomb)
La fission ayant lieu dans la nature, la radioactivité existe dans la nature.
Toutefois à forte dose, elle engendre entre autres des modifications cellulaires,
modification génétique (ADN), etc. La radioactivité est parfois utilisée en médecine.
La fission, donc la modification du noyau d'un atome, ayant lieu naturellement, il va
sans dire que l' uranium tend à disparaître. Pour calculer le temps qu'il faut pour
faire "disparaître" un matériaux radioactif, donc sa radioactivité, on parle
de demi-vie correspondant au temps nécessaire pour que sa radioactivité diminue de
moitié. Le strontium 90 (St) a par exemple une demi vie de 28 ans. Au bout de combien de
demi-vie ou combien de temps aura-t-il perdu 99% de sa radioactivité?
nombre de demi-vie | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
durée [année] | 28 | 56 | 84 | 112 | 140 | 168 | 196 |
radioactivité restante [%] | 50 | 25 | 12.5 | 6.25 | 3.12 | 1.56 | 0.78 |
Nous constatons qu'il faut 7 demi-vies pour qu'un élément perde 99% de sa
radioactivité soit 196 ans pour du St 90. Pour du xénon (Xe) la demi-vie est de 12 jours
ce qui nous donne 7*12= 84 jours pour perdre 99% de sa radioactivité.
Sachant que pour l'U238 sa demi-vie est de 4,5 milliard d'années, en combien de temps
aura-t-il perdu 99% de sa radioactivité?
Voyons ce qui ce passe lors de la fission d'un atome d'U235:
(neutron) 235 | 1 | 94 | 140 | 1 |
U n | = | Sr | Xe | n + énergie W |
(protons) 92 | 0 | 38 | 54 | 0 |
Nous constatons un fort dégagement d'énergie sous forme de chaleur. En enrichissant
l'U235 en U238 nous permettons une fission avec réaction en chaîne. Si cette réaction
en chaîne n'est pas contrôlée, nous avons une bombe. Pour l'emploi pacifique de la
fission il faut contrôler la réaction en chaîne en absorbant des neutrons (modérateur.
eau lourde, carbone bar en graphite).
comparaison d'énergie produite:
1 [g] d'U produit 230 000 [kWh]
2 000 000 [g] de mazout produisent 230 000 [kWh]
Nous constatons également que l'U se désintègre en formant d'autres matériaux
radioactif. Le produit final de ces désintégration sera le plomb.
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DS de M -1999 - fin - fin - - fin - fin - fin - fin- fin - fin - fin - fin - fin - fin - fin - fin - fin - fin - fin - fin - fin - fin