Uranium 234

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Uranium 234

table

Général
Symbole 234U
Neutrons 142
Protons 92
Données Physiques
Présence naturelle 0,0055 %
Demi-vie 245 500 ans
Masse atomique 234,040952088 g/mol u
Spin 0+
Énergie de liaison 7,600708 MeV
Isotope parent Désintégration
238U α
Désintégration Produit Énergie (MeV)
α 230Th 4,856


L'uranium 234, noté 234U, est un isotope de l'uranium présent dans l'uranium naturel avec une abondance (teneur atomique) d'équilibre par rapport à l'uranium 238 égale à 0,005494 % = 245 500 / ( 4 468 800 000 - 245 500 ) ; la teneur massique correspondante est égale à 0,005401 % (= 0,005494 % x 234,040952088 / 238,0507826). Il est radioactif, émetteur alpha comme la plupart des actinides et sa période est de 245 500 ans.

Son noyau atomique compte 92 protons et 142 neutrons. Sa masse atomique est de 234,040952088 g/mol

Un gramme d'uranium 234 présente une radioactivité de 2,302 x 108 Bq. C'est l'isotope de loin le plus radioactif dans l'uranium naturel.

Il est formé par décroissance alpha de l'uranium 238 (période de 4,4688 milliards d'années). C'est le premier élément dans la chaîne de désintégration n + 2 de l'uranium 238

Sa faible teneur dans l'uranium naturel (0,0055 %) correspond à la teneur d'équilibre où son activité alpha est égale à celle de l'uranium 238 (nombre d'atomes de 234U produits par désintégration de 238U par unité de temps égal au nombre d'atomes de 234U désintégrés en Th 230 par la même unité de temps).

L’uranium 234 donne par décroissance alpha le thorium 230 avec une énergie de désintégration de 4,856 MeV, en outre un petit pourcentage de fissions spontanées se produisent dont la contribution à l'échauffement est négligeable.

Formation par désintégration de l'uranium 238[modifier | modifier le code]

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.

 {}^2{}^{38}_{92}\hbox{U}\;\xrightarrow[4,4688~Ga]{\alpha~4,856~MeV}\;{}^2{}^{34}_{90}\hbox{Th}\;+\;{}^4_2\hbox{He}
 {}^2{}^{34}_{90}\hbox{Th}\;\xrightarrow[24,1~j]{\beta~0,199~MeV}\;{}^2{}^{34m}_{91}\hbox{Pa}~\scriptstyle\mathsf{ou~en~faible~proportion}\displaystyle ~{}^2{}^{34}_{91}\hbox{Pa} + \beta^-
principalement:\;{}^2{}^{34m}_{91}\hbox{Pa}\xrightarrow[1,17~min]{\beta~2,29~MeV}\;{}^2{}^{34}_{92}\hbox{U}+\beta^-
en faible proportion:\;{}^2{}^{34}_{91}\hbox{Pa}\xrightarrow[6,75~h]{\beta~2,195~MeV}\;{}^2{}^{34}_{92}\hbox{U}+\beta^-

Le thorium 234, formé par émission de la particule α qui a emporté 2 protons du noyau de l'uranium 238, se trouve en excès de neutrons par rapport aux atomes "stables" voisins:

Teneur isotopique de 234U dans l'uranium naturel[modifier | modifier le code]

Le site web au label impressionnant: ("globalsecurity.org")[1]. donne les valeurs suivantes pour les teneurs atomiques des isotopes naturels de l'uranium:

Les valeurs données pour 234U sont manifestement erronées car il est complètement impossible que le rapport 234U / 238U varie dans les proportions citées. Elles ne peuvent physiquement s'écarter beaucoup de la valeur d'équilibre. En prenant la valeur minimum citée pour l'uranium 238 on trouve 0,0054541% pour l' uranium 234 et en prenant la valeur maximale citée on trouve quasiment la même valeur. Les conséquences de cette erreur sont que les valeurs minimales et maximales données pour 238U sont également fausses ce qui est plus gênant (si l' uranium 234 est un isotope marginal de l'uranium ce n'est pas le cas de l'uranium 238 !!). Faisant l'hypothèse que les valeurs données pour l'uranium 235 sont correctes, ce qui n'est d'ailleurs pas certain, les valeurs plus correctes sont les suivantes

Uranium 234 et cycle du combustible[modifier | modifier le code]

L'uranium naturel enrichi contient une proportion plus grande d'234U que l'uranium naturel car le procédé augmente la teneur de l'isotope de faible masse. Dans l'uranium naturel enrichi environ à 4 % utilisé dans les réacteurs à eau légère, le facteur d'augmentation de la teneur en 235U est de l'ordre de 5,56 (= 4 / 0,72). On peut donc estimer grossièrement à 10 le facteur d'augmentation de la teneur en 234U soit donc 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 est 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) avec les neutrons rapides, de sorte que le combustible 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.


Articles connexes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. La valeur la plus correcte pour 235U est 0,7202 %

Références[modifier | modifier le code]

  1. « Uranium Isotopes » (consulté le 14 mars 2012)