Uranium 235

Galet d'uranium métallique enrichi en ²³⁵U

table

Général

Nom	Uranium 235
Symbole	235 92U 143
Neutrons	143
Protons	92

Données physiques

Présence naturelle	0.7204(6) %[1]
Demi-vie	7,04(1) × 108 années[1]
Produit de désintégration	231Th
Masse atomique	235,0439281(12) u
Spin	7/2-
Excès d'énergie	40 918,8 ± 1,1 keV[1]
Énergie de liaison par nucléon	7 590,915 ± 0,005 keV[1]

Production radiogénique

Isotope parent	Désintégration	Demi-vie
235 91Pa	β−	24,4(2) min
235 93Np	ε, β+	396,1 ± 1,2 jours
239 94Pu	α	24 110(30) ans

Désintégration radioactive

Désintégration	Produit	Énergie (MeV)
α	231 90Th	4,67826[2]

L’uranium 235, noté ²³⁵U, est l'isotope de l'uranium dont le nombre de masse est égal à 235 : son noyau atomique compte 92 protons et 143 neutrons avec un spin 7/2- pour une masse atomique de 235,043 93 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de 40 918,8 ± 1,1 keV, et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 590,92 keV^[1]. Son abondance naturelle est de 0,7204 %, l'uranium naturel étant constitué à 99,2742 % d'uranium 238 et d'une infime partie (0,0055 %) d'uranium 234.

Un gramme d'uranium 235 présente une radioactivité de 79,96 kBq. Un kilogramme d'isotope ²³⁵U pur est le siège de 0,16 fission spontanée par seconde.

Sa chaîne de désintégration appartient à la famille 4n + 3 (²³⁵U et ²³⁹Pu). Il se désintègre spontanément en thorium 231 par radioactivité α avec une période radioactive de 703,8 millions d'années, et une énergie de désintégration de 4,679 MeV. Il connaît également d'autres modes de désintégration, notamment la fission spontanée et la radioactivité de clusters^[3]. L'énergie libérée par la fission d'un atome d'uranium 235 est de 202,8 MeV = 3,248 9 × 10⁻¹¹ J, soit 19,57 TJ/mol = 83,24 TJ/kg^[4].

C'est un isotope fissile, car il se désintègre également sous l'effet d'un neutron thermique incident émis, par exemple, lors d'une fission spontanée, émettant à son tour, avec les produits de fission, plusieurs autres neutrons susceptibles chacun de provoquer la fission d'autres noyaux d'uranium 235 : c'est ce qu'on appelle une réaction en chaîne. Celle-ci ne s'observe qu'une fois atteinte la masse critique de matériau fissile, laquelle dépend notamment de la concentration de l'isotope fissile, et donc ici du degré d'enrichissement de l'uranium en isotope ²³⁵U. La masse critique peut être abaissée — ou la concentration d'isotope fissile réduite — si les neutrons sont modérés, car la probabilité de fission est plus élevée avec les neutrons thermiques : environ 1 000 barns, contre à peine 1 b pour les neutrons rapides.

Si les bombes nucléaires les plus performantes sont généralement réalisées en plutonium 239 (qui est un matériau fissile un peu plus énergétique), les premières l'ont été en uranium 235, ce qui nécessitait des enrichissements à au moins 85 % d'isotope ²³⁵U. Il demeure néanmoins possible de construire des bombes avec de l'uranium enrichi à seulement 20 % moyennant une masse critique plus élevée ou le recours à des technologies pointues mettant en œuvre des réflecteurs de neutrons.

Chaîne de désintégration naturelle

${\displaystyle \mathrm {{}_{\ 92}^{235}U{\xrightarrow[{7,038\times 10^{8}\ a}]{\alpha }}{}_{\ 90}^{231}Th{\xrightarrow[{25,52\ h}]{\beta ^{-}\ }}{}_{\ 91}^{231}Pa{\xrightarrow[{3,276\times 10^{4}\ a}]{\alpha }}{}_{\ 89}^{227}Ac{\begin{Bmatrix}{{\xrightarrow[{21,773\ a}]{98,62\%\beta ^{-}\ }}{}_{\ 90}^{227}{\text{Th}}{\xrightarrow[{18,718\ j}]{\alpha }}}\\{{\xrightarrow[{21,773\ a}]{1,38\%\alpha }}{}_{\ 87}^{223}{\text{Fr}}{\xrightarrow[{21,8\ min}]{\beta ^{-}\ }}}\end{Bmatrix}}{}_{\ 88}^{223}Ra{\xrightarrow[{11,434\ j}]{\alpha }}{}_{\ 86}^{219}Rn} }$

${\displaystyle \mathrm {{}_{\ 86}^{219}Rn{\xrightarrow[{3,96\ s}]{\alpha }}{}_{\ 84}^{215}Po{\xrightarrow[{1,778\ ms}]{\alpha }}{}_{\ 82}^{211}Pb{\xrightarrow[{36,1\ min}]{\beta ^{-}\ }}{}_{\ 83}^{211}Bi{\begin{Bmatrix}{{\xrightarrow[{2,13\ min}]{99,73\%\alpha }}{}_{\ 81}^{207}{\text{Tl}}{\xrightarrow[{4,77\ min}]{\beta ^{-}\ }}}\\{{\xrightarrow[{2,13\ min}]{0,27\%\beta ^{-}\ }}{}_{\ 84}^{211}{\text{Po}}{\xrightarrow[{0,516\ s}]{\alpha }}}\end{Bmatrix}}{}_{\ 82}^{207}Pb_{(stable)}} }$

L'uranium 235 connaît également d'autres modes de désintégration, mais beaucoup plus rares (bien inférieur à 0,1% des cas)^[2].

Utilisation dans les centrales nucléaires

Isotope fissile, l'uranium 235 est le combustible primaire de la plupart des réacteurs nucléaires.

Notes et références

Voir aussi