Apprentissage de la chimie

L’uranium 235 est un isotope naturel de l’uranium métal. C’est le seul isotope fissile de l’Uranium étant capable d’entretenir la fission nucléaire. L’uranium-235 est le seul isotope radioactif fissile qui est un nucléide primordial existant dans la nature sous sa forme actuelle depuis avant la création de la Terre.

Uranium-235 Identification

Numéro CAS : 15117-96-1

Uranium-235 Source

Arthur Jeffrey Dempster a été la première personne à découvrir cet isotope métallique radioactif en 1935.L’uranium 235 représente environ 0,72% de l’uranium total présent dans la nature, l’uranium 238 (un autre isotope radioactif) représentant plus de 99% de la masse restante du métal. L’uranium 235 est séparé de l’uranium 238 par un procédé de diffusion utilisant de l’hexafluorure d’uranium (UF6) gazeux. L’uranium hautement enrichi peut contenir jusqu’à 40% d’uranium-235.

Symbole de l’uranium-235

Le symbole ou la formule de cet isotope radioactif est 235U. Il est également désigné par U-235.

Photo 1 – Uranium-235

Propriétés de l’uranium-235

Cette matière fissile présente les propriétés suivantes :

Apparence : C’est un métal de couleur argentée.

Poids moléculaire : Le poids moléculaire de ce métal est de 235,044 g/mol.

Numéro atomique : Le numéro atomique de ce métal est 92.

Masse atomique : Son numéro de masse est de 235,0439299 u (unités de masse atomique unifiée).

Masse critique : La masse critique de cet isotope radioactif est de 52 kg.

Diamètre critique : Son diamètre critique est de 17 cm.

Noyau de l’uranium-235

Il y a 92 protons et 143 neutrons dans le noyau d’un isotope de ce métal radioactif.

Décroissance radioactive de l’uranium-235

Le noyau instable de cet isotope radioactif perd de l’énergie en émettant des particules ionisantes pour atteindre un état stable. Il subit une désintégration alpha en rayonnant des rayons alpha (α) avec une énergie de désintégration de 4,679 MeV.

Équation de la désintégration de l’uranium-235

Voici une équation de désintégration pour la désintégration alpha de cet isotope :

92235U → 90231Th + 24He

Ici, le He (hélium) représente une particule alpha (α).

L’uranium 235 subit une fission spontanée au cours de la désintégration radioactive ; cependant, aucune équation standard ne peut représenter cette réaction car ses résultats sont assez imprévisibles.

Chaîne de désintégration de l’uranium 235

La chaîne de désintégration de ce métal radioactif est connue sous le nom de série de l’actinium, le thorium-231 étant l’isotope suivant dans ce processus de désintégration. Il fait du thorium-231 le nucléide fille de cet isotope. L’uranium 235 est également connu sous le nom d’actinouranium car il est l’isotope parent de la série de l’actinium. Il produit du plomb, dernier élément stable de cette chaîne de désintégration alpha. Voici la série complète de désintégration de cet isotope :

Uranium-235 →Thorium-231 → Protactinium-231 →Actinium-227 →Thorium-227 →Radium-223 →Radon-219 →Polonium-215 →Lead-211 →Bismuth-211 →Thallium-207→ Plomb-207 (stable)

Uranium-235 Demi-vie

Cet isotope radioactif met 703,800 000 ans pour se désintégrer et se réduire à la moitié de sa quantité initiale.

Réaction de fission de l’uranium 235

C’est le premier isotope fissile de l’uranium à avoir été découvert. Lorsqu’un neutron de la réaction de fission de l’U-235 provoque la fission d’un autre noyau de ce métal, il entraîne la poursuite de toute la réaction en chaîne. Cette condition est appelée « condition critique » tandis que la masse d’U-235 nécessaire pour produire cette condition est appelée « masse critique ». Il est possible d’obtenir une réaction en chaîne critique avec une faible concentration d’U-235. Dans ce cas, les neutrons sont modérés pour diminuer leur vitesse dans la réaction, car les chances de fission sont plus grandes avec des neutrons lents qu’avec des neutrons rapides. Cette réaction en chaîne produit de nombreux fragments de masse radioactive intermédiaire qui sont capables de produire de l’énergie en subissant eux-mêmes une désintégration radioactive. La fission de l’uranium 235 produit de grandes quantités d’énergie.

La majeure partie de l’uranium 235 total se décompose en noyaux plus petits pendant la fission. Seule une infime partie de cette matière subit une capture neutronique formant l’Uranium-236.

Utilisations de l’Uranium-235

Le fait que cet isotope soit une matière fissile capable de produire de grandes quantités de chaleur et d’énergie le rend très utile dans les industries.

Utilisations dans les réacteurs nucléaires

Il est largement utilisé dans les réacteurs nucléaires car il est capable de produire suffisamment de neutrons pour entretenir ou poursuivre la réaction de fission nucléaire. Cependant, il a besoin d’un modérateur de neutrons pour l’aider à soutenir la réaction en chaîne en ralentissant les neutrons. Cela est dû au fait que la concentration d’U-235 est très faible dans l’uranium naturel. Parfois, des barres de contrôle sont également utilisées pour ralentir l’ensemble du processus dans les réacteurs nucléaires. Les barres de contrôle sont fabriquées à partir d’éléments comme le bore et le cadmium, qui sont capables d’absorber les particules alpha en excès sans subir de fission. Avec l’aide des modérateurs et des barres de contrôle, l’uranium 235 naturel peut être utilisé à des fins industrielles. Il est utilisé comme alimentation électrique pour les stations météorologiques dans les régions éloignées et les véhicules spatiaux.

L’uranium métal enrichi en Uranium-235 est utilisé dans les réacteurs à eau lourde tandis que les réacteurs à eau légère utilisent de l’Uranium faiblement enrichi.

Utilisations dans les armes nucléaires

Ce métal radioactif est parfois utilisé dans la production d’armes nucléaires comme substitut de l’Uranium appauvri. L’uranium hautement enrichi a été utilisé pour la bombe atomique nommée Little Boy qui a été larguée sur Hiroshima pendant la 2e guerre mondiale (6 août 1945).

Utilisations dans les datations radioactives

Les propriétés radioactives de cet isotope sont utilisées pour déterminer l’âge de nombreux objets, y compris les fossiles et les roches. La longue demi-vie de ce métal aide à trouver l’âge correct de ces objets.

Comment l’uranium 235 peut-il affecter la santé humaine ?

Cette substance radioactive peut pénétrer dans le corps humain par inhalation ou ingestion d’aliments ou d’eau contaminés. La plupart de l’U-235 inhalé ou ingéré quitte le corps, sauf une petite partie qui reste accumulée dans les reins ou les os en se décomposant. Il augmente le risque de dommages au foie et de cancer.

L’uranium-235 peut être utilisé comme une riche source d’énergie. Une livre de ce matériau radioactif contient la même quantité d’énergie qu’un million de gallons d’essence. Pour obtenir cette quantité d’énergie à partir de ce métal, il est nécessaire d’enrichir l’uranium naturel pour qu’il contienne au moins 2 à 3 % d’uranium 235 au lieu de seulement 0,72 %.