Uranium-235

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Uranium-235

Fission nucléaire vue avec un noyau d’uranium-235

La fission d’un atome d’uranium-235 libère 202,5 MeV (3,24×10-11 J) à l’intérieur du réacteur. Cela correspond à 19,54 TJ/mol, ou 83,14 TJ/kg. Un autre 8,8 MeV s’échappe du réacteur sous forme d’anti-neutrinos. Lorsque les nucléides 235
92U sont bombardés par des neutrons, l’une des nombreuses réactions de fission qu’il peut subir est la suivante (représentée sur l’image ci-contre) :

Les réacteurs à eau lourde et certains réacteurs modérés au graphite peuvent utiliser de l’uranium naturel, mais les réacteurs à eau légère doivent utiliser de l’uranium faiblement enrichi en raison de l’absorption plus élevée des neutrons par l’eau légère. L’enrichissement de l’uranium élimine une partie de l’uranium-238 et augmente la proportion d’uranium-235. L’uranium hautement enrichi (HEU), qui contient une proportion encore plus grande d’uranium-235, est parfois utilisé dans les réacteurs des sous-marins nucléaires, les réacteurs de recherche et les armes nucléaires.

Si au moins un neutron issu de la fission de l’uranium-235 frappe un autre noyau et provoque sa fission, alors la réaction en chaîne se poursuivra. Si la réaction se maintient, on dit qu’elle est critique, et la masse de 235U nécessaire pour produire la condition critique est dite masse critique. Une réaction en chaîne critique peut être obtenue à de faibles concentrations de 235U si les neutrons issus de la fission sont modérés pour diminuer leur vitesse, car la probabilité de fission avec des neutrons lents est plus grande. Une réaction en chaîne de fission produit des fragments de masse intermédiaire qui sont hautement radioactifs et produisent de l’énergie supplémentaire par leur désintégration radioactive. Certains d’entre eux produisent des neutrons, appelés neutrons retardés, qui contribuent à la réaction en chaîne de fission. La puissance de sortie des réacteurs nucléaires est ajustée par l’emplacement des barres de contrôle contenant des éléments qui absorbent fortement les neutrons, par exemple le bore, le cadmium ou l’hafnium, dans le cœur du réacteur. Dans les bombes nucléaires, la réaction est incontrôlée et la grande quantité d’énergie libérée crée une explosion nucléaire.

Armes nucléairesEdit

La bombe atomique de type canon Little Boy larguée sur Hiroshima le 6 août 1945 était composée d’uranium hautement enrichi avec un grand tamper. La masse critique sphérique nominale d’une arme nucléaire à 235U non altéré est de 56 kilogrammes (123 lb), ce qui formerait une sphère de 17,32 centimètres (6,82 in) de diamètre. Le matériau doit contenir 85 % ou plus de 235U et est connu sous le nom d’uranium de qualité militaire, bien que pour une arme rudimentaire et inefficace, un enrichissement de 20 % soit suffisant (appelé arme(s) utilisable(s)). Un enrichissement encore plus faible peut être utilisé, mais la masse critique requise augmente alors rapidement. L’utilisation d’un grand tamper, de géométries d’implosion, de tubes de déclenchement, de déclencheurs au polonium, d’un renforcement du tritium et de réflecteurs de neutrons peut permettre de fabriquer une arme plus compacte et plus économique en utilisant un quart ou moins de la masse critique nominale, mais cela ne serait probablement possible que dans un pays ayant déjà une grande expérience de la conception d’armes nucléaires. La plupart des conceptions d’armes nucléaires modernes utilisent le plutonium 239 comme composant fissile de l’étage primaire ; cependant, l’UHE (uranium hautement enrichi, en l’occurrence de l’uranium contenant 20 % ou plus de 235U) est souvent utilisé dans l’étage secondaire comme amorce pour le combustible de fusion.

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