Uranium 233

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Uranium 233

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Tube contenant des morceaux solidifiés d'un mélange FLiBe/tétrafluorure d'233U

table

Général
Nom Uranium 233
Symbole 233U
Neutrons 141
Protons 92
Données Physiques
Demi-vie 159 200 a
Isotope parent Désintégration
237Pu α
233Np β+
233Pa β-
Désintégration Produit Énergie (MeV)
α 229Th

L'uranium 233 (233U) est l'isotope de l'uranium dont le noyau est constitué de 92 protons et de 141 neutrons. Il possède une demi-vie de 159 200 années.

C'est un isotope fissile issu du thorium 232 via le cycle du thorium. L'uranium 233 a fait l'objet de recherches pour usage militaire et civil, mais il n'a jamais été utilisé hors expérimentation pour l'un ou pour l'autre[1], 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.

\mathrm{n}+{}_{\ 90}^{232}\mathrm{Th}\rightarrow {}_{\ 90}^{233} \mathrm{Th} \xrightarrow{\beta^-} {}_{\ 91}^{233}\mathrm{Pa} \xrightarrow{\beta^-} {}_{\ 92}^{233}\mathrm{U}

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]

233U se fissionne généralement par capture neutronique, mais il arrive que, parfois, il conserve ce neutron et se transforme en uranium 234. La ratio capture/fission est à ce titre plus petit que ceux des deux autres isotopes fertiles 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 le neptunium 236, un isotope très difficile à produire.

Historique[modifier | modifier le code]

Centrale allemande THTR-300

Le public fut informé pour la première fois en 1946 que de l'233U produit à partir du thorium était « une troisième source disponible d'énergie nucléaire et de bombe atomique » (avec 235U et 239Pu), suivi d'un rapport de l'ONU est d'un discours de Glenn T. Seaborg[2],[3].

Pendant la Guerre froide, les États-Unis ont produit environ deux tonnes d'uranium 233, de puretés chimiques et isotopiques variées[1]. Elles ont été produites au complexe nucléaire de Hanford et au Savannah River Site, dans des réacteurs prévus pour produire du plutonium 239[4]. Les couts de production, estimés à partir de ceux de production de plutonium, furent d'environ 2–4 millions USD/kg. 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'233U produit 197,9 MeV, soit 3,171 × 10−11 J, soit 19,09 TJ/mol = 81,95 TJ/kg[5].

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[modifier | modifier le code]

  1. a et b 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,‎ 24 septembre 1999 (lire en ligne)
  2. UP, « Atomic Energy 'Secret' Put into Language That Public Can Understand », Pittsburgh Press,‎ 29 septembre 1946 (lire en ligne)
  3. UP, « Third Nuclear Source Bared », The Tuscaloosa News,‎ 21 octobre 1946 (lire en ligne)
  4. Orth, D.A., « Savannah River Plant Thorium Processing Experience », ANS annual meeting, San Diego, CA, USA, 18 juin 1978, Nuclear Technology, vol. 43,‎ 1er juin 1978, p. 63 (lire en ligne)
  5. http://www.kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_1.html

Articles connexes[modifier | modifier le code]