Question d'origine :
Bonjour,
Pourquoi dit-on : "enrichir l'uranium" quand on passe de 238U à 235U, alors qu'en fait on lui retire trois neutrons ?
Merci (et protégez vous bien...)
Réponse du Guichet
gds_ctp
- Département : Equipe du Guichet du Savoir
Le 06/01/2021 à 09h43
Bonjour,
L’ouvrage Le nucléaire expliqué par des physiciens [Livre] / Bernard Bonin ; préface de Étienne Klein définit ainsi l’enrichissement de l’uranium :
« Processus qui, dans le cas de l’uranium, permet d’augmenter par divers procédés (diffusion gazeuse, ultracentrifugation, excitation sélective par laser) la concentration de l’isotope 235 (fissile) par rapport à l’isotope 238 prédominant dans l’uranium naturel. »
Rappelons que, selon le même ouvrage, les isotopes sont les « formes différentes d’atomes du même élément. Ils ont le même nombre deprotons dans leur noyau, mais un nombre différent de neutrons […]. »
Onn’enrichit donc pas l’uranium en neutrons, mais en isotope 23 5.
La nécessité et les procédés de l’enrichissement sont expliqués très clairement sur le site connaissancedesenergies.org :
«Pourquoi faut-il enrichir l’uranium ?
Pour alimenter des réacteurs comme les REP constituant le parc nucléaire français, il faut disposer d’un combustible dont la proportion d’uranium 235 se situe entre 3% et 5% car seul cet isotope (élément dont les atomes possèdent le même nombre d’électrons et de protons, mais un nombre différent de neutrons) de l’uranium peut subir la fission nucléaire libératrice d'énergie. Or, dans 100 kg d’uranium naturel, il y a 99,3 kg d’uranium 238 et 0,7 kg d’uranium 235 fissile, soit 0,7% seulement d’uranium 235 fissile. L’opération consistant à augmenter la proportion d’uranium 235 est appelée « enrichissement ».
Les méthodes d’enrichissement
L’enrichissement est une opération difficile car, comme tous les isotopes d’un même élément, l’uranium 235 et l’uranium 238 se ressemblent beaucoup et ont les mêmes propriétés chimiques. Cependant, il est possible de les différencier grâce à leur légère différence de masse. En effet, l’uranium 235 est un tout petit peu plus léger que l’uranium 238.
C’est pourquoi, actuellement, l’enrichissement de l’uranium est basé sur la différence de mobilité due à cette faible différence de masse. De tous les procédés d’enrichissement étudiés jusqu’à présent, deux ont été développés à l’échelle industrielle : la diffusion gazeuse et l’ultracentrifugation (d'où provient actuellement la majorité de l'uranium enrichi).
La diffusion gazeuse
En France, la technologie de diffusion gazeuse a été développée par le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Cette technologie a été utilisée dans l’usine Georges Besse (également appelée usine Eurodif dans le passé) sur le site du Tricastin à Pierrelatte (Drôme) entre 1979 et 2012.
"La séparation isotopique par diffusion gazeuse est très gourmande en énergie."
Avant son enrichissement par ce procédé, le tétrafluorure d’uranium, obtenu après extraction du minerai et raffinage, est transformé en hexafluorure d’uranium (UF6) qui a la propriété d’être gazeux à partir de 56°C.
Le procédé par diffusion gazeuse consiste à faire passer l’UF6 à l’état gazeux à travers une multitude de « barrières » qui sont des membranes percées de trous minuscules. Les molécules d’hexafluorure d’uranium 235, plus légères que celles d’hexafluorure 238, traversent un peu plus rapidement chaque barrière, ce qui permet d’enrichir peu à peu l’uranium.
Mais étant donné la masse très voisine des deux isotopes, le ralentissement de l’uranium 238 est très faible par rapport à celui de l’uranium 235. C’est pourquoi l’opération doit être répétée 1 400 fois pour produire un uranium assez enrichi en uranium 235 pour être utilisable dans des centrales nucléaires classiques.
Ce procédé a été progressivement replacé par celui de centrifugation.
L'ultracentrifugation
Ce principe de séparation, désormais utilisé partout dans le monde (notamment dans l'usine Georges Besse II d'Orano depuis 2011), a lieu dans une centrifugeuse qui, telle une essoreuse à salade tournant à grande vitesse, projette plus vite à sa périphérie l’hexafluorure d’uranium 238 que l’hexafluorure 235 qu’elle contient.
La très légère différence de masse entre les deux molécules permet ainsi d’augmenter petit à petit la concentration en uranium 235. Là encore, de nombreuse étapes successives sont nécessaires pour obtenir un enrichissement suffisant. »
Bonne journée.
L’ouvrage Le nucléaire expliqué par des physiciens [Livre] / Bernard Bonin ; préface de Étienne Klein définit ainsi l’
« Processus qui, dans le cas de l’uranium, permet d’
Rappelons que, selon le même ouvrage, les isotopes sont les « formes différentes d’atomes du même élément. Ils ont le même nombre de
On
La nécessité et les procédés de l’enrichissement sont expliqués très clairement sur le site connaissancedesenergies.org :
«
Pour alimenter des réacteurs comme les REP constituant le parc nucléaire français, il faut disposer d’un combustible dont la proportion d’uranium 235 se situe entre 3% et 5% car seul cet isotope (élément dont les atomes possèdent le même nombre d’électrons et de protons, mais un nombre différent de neutrons) de l’uranium peut subir la fission nucléaire libératrice d'énergie. Or, dans 100 kg d’uranium naturel, il y a 99,3 kg d’uranium 238 et 0,7 kg d’uranium 235 fissile, soit 0,7% seulement d’uranium 235 fissile. L’opération consistant à augmenter la proportion d’uranium 235 est appelée « enrichissement ».
L’enrichissement est une opération difficile car, comme tous les isotopes d’un même élément, l’uranium 235 et l’uranium 238 se ressemblent beaucoup et ont les mêmes propriétés chimiques. Cependant, il est possible de les différencier grâce à leur légère différence de masse. En effet, l’uranium 235 est un tout petit peu plus léger que l’uranium 238.
C’est pourquoi, actuellement, l’enrichissement de l’uranium est basé sur la différence de mobilité due à cette faible différence de masse. De tous les procédés d’enrichissement étudiés jusqu’à présent, deux ont été développés à l’échelle industrielle : la diffusion gazeuse et l’ultracentrifugation (d'où provient actuellement la majorité de l'uranium enrichi).
En France, la technologie de diffusion gazeuse a été développée par le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Cette technologie a été utilisée dans l’usine Georges Besse (également appelée usine Eurodif dans le passé) sur le site du Tricastin à Pierrelatte (Drôme) entre 1979 et 2012.
"La séparation isotopique par diffusion gazeuse est très gourmande en énergie."
Avant son enrichissement par ce procédé, le tétrafluorure d’uranium, obtenu après extraction du minerai et raffinage, est transformé en hexafluorure d’uranium (UF6) qui a la propriété d’être gazeux à partir de 56°C.
Le procédé par diffusion gazeuse consiste à faire passer l’UF6 à l’état gazeux à travers une multitude de « barrières » qui sont des membranes percées de trous minuscules. Les molécules d’hexafluorure d’uranium 235, plus légères que celles d’hexafluorure 238, traversent un peu plus rapidement chaque barrière, ce qui permet d’enrichir peu à peu l’uranium.
Mais étant donné la masse très voisine des deux isotopes, le ralentissement de l’uranium 238 est très faible par rapport à celui de l’uranium 235. C’est pourquoi l’opération doit être répétée 1 400 fois pour produire un uranium assez enrichi en uranium 235 pour être utilisable dans des centrales nucléaires classiques.
Ce procédé a été progressivement replacé par celui de centrifugation.
Ce principe de séparation, désormais utilisé partout dans le monde (notamment dans l'usine Georges Besse II d'Orano depuis 2011), a lieu dans une centrifugeuse qui, telle une essoreuse à salade tournant à grande vitesse, projette plus vite à sa périphérie l’hexafluorure d’uranium 238 que l’hexafluorure 235 qu’elle contient.
La très légère différence de masse entre les deux molécules permet ainsi d’augmenter petit à petit la concentration en uranium 235. Là encore, de nombreuse étapes successives sont nécessaires pour obtenir un enrichissement suffisant. »
Bonne journée.
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