Les isotopes Chapitre 2
L’uranium, tout comme le fer, le cuivre ou encore l’oxygène, est un élément chimique qui appartient à la classification du tableau périodique des éléments. Il y occupe la 92ème place et on le note U. Ce faisant, il appartient aux actinides – une famille de quinze métaux lourds, allant de l’actinium, le numéro 89, jusqu’au lawrencium, le numéro 103. Ils ont la particularité d’être tous radioactifs (donc d’avoir un noyau instable) et ainsi d’émettre des rayonnements lors de leur désintégration – processus naturel d’un atome pour atteindre un état stable.
Comme tous les éléments, l’uranium possède plusieurs isotopes, dont le plus connu est l’uranium-235, noté U-235. C’est cet isotope qui est utilisé dans les réacteurs nucléaires pour produire de l’électricité.
L’uranium est l’élément le plus lourd que l’on trouve dans la nature. Il comporte trois isotopes radioactifs naturels : l’uranium-238, l’uranium-235 et l’uranium-234. Ils ont tous le même nombre de protons, soit 92. En revanche, le nombre de neutrons est différent. Ils en possèdent respectivement 146, 143 et 142.
L’uranium-238 est le plus lourd des trois. En effet, 238 correspond à la masse atomique de l’isotope. C’est aussi le plus abondant puisqu’il compose l’uranium naturel à plus de 99,3 %. Autrement dit, dans 1 tonne d’uranium naturel, il y a environ 993 kilogrammes d’uranium-238.
Vient ensuite l’uranium-235 qui représente environ 0,71 % de l’uranium naturel, soit 7,1 kilogrammes d’uranium-235 pour 1 tonne. L’U-235 a la particularité d’être le seul atome fissile des trois, c’est-à-dire qu’il peut être cassé en deux atomes plus légers (des produits de fission) par le passage d’un neutron. C’est même le seul isotope fissile naturel.
Ces deux isotopes ont des demi-vies (ou périodes) extrêmement longues, soit respectivement de 4,5 milliards d’années et de 700 millions d’années, ce qui explique qu’on puisse encore les trouver à l’état naturel dans l’écorce terrestre.
Dans le cas de la chaîne de décroissance de l’uranium-238, ce dernier se transforme en thorium-234 qui à son tour disparaitra par décroissance radioactive. Ce n’est qu’après une dizaine de désintégrations successives que la chaîne radioactive aboutit à un isotope stable du plomb, le plomb-206. L’uranium-234 est un élément qui se forme durant ce processus, il est donc, au même titre que le thorium-234, un descendant naturel de l’uranium-238. D’une période radioactive de 245 500 ans, il ne représente néanmoins qu’une infime partie de l’uranium naturel (environ 0,0056 % ce qui représente environ 0,056 kilogrammes pour 1 tonne d’uranium naturel).
Un autre descendant de l’uranium est le radon. C’est un gaz naturellement radioactif contenu dans le sol. Il gagne l’atmosphère par des fissures et cavités naturelles du sol ou lorsque de l’uranium est extrait. Du fait de sa volatilité, il peut migrer dans l’air et être à l’origine à lui seul d’une grande part de l’exposition humaine à la radioactivité naturelle.
L’U-238 et l’U-234 sont fertiles. Les isotopes fertiles sont des atomes capables de capturer un neutron (plutôt que d’être cassés en deux) dans leur noyau pour produire un isotope fissile. Par exemple, un atome d’uranium-238, qui absorbe un neutron donne naissance au plutonium-239, un atome fissile artificiel.
L’uranium présente également d’autres isotopes radioactifs artificiels généralement créés au sein de réacteurs nucléaires ou en laboratoire. Certains ont néanmoins des durées de vie extrêmement courtes. L’un des plus communs est l’uranium-236 qui résulte d’un cas très particulier et relativement rare, à savoir lorsqu’un atome d’uranium-235 ne se fissionne pas et capture un neutron. L’uranium-233 est un atome fissile produit, lui, à partir de thorium. Il ne se forme donc qu’au sein de réacteurs dont le combustible est au thorium. ■
L'uranium
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