Uranium 234

L’uranium 234, noté ²³⁴U, est l'isotope de l'uranium dont le nombre de masse est égal à 234 : son noyau atomique compte 92 protons et 142 neutrons avec un spin 0+ pour une masse atomique de 234,040 95 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de 38 145,0 ± 1,1 keV, et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 600,72 keV^[1]. Son abondance naturelle est de 54 ppm (0,0054 %), l'uranium naturel étant constitué à 99,2742 % d'uranium 238 avec lequel il est en équilibre séculaire^[a]. Un gramme d'uranium 234 présente une radioactivité de 2,302 × 10⁸ Bq. C'est l'isotope de loin le plus radioactif dans l'uranium naturel.

Il est formé par décroissance α de l'uranium 238 (période de 4,468 8 milliards d'années). 234
92U est le troisième nucléide dans la chaîne de désintégration 4n + 2 de 238
92U, après 234
90Th et 234
91Pa.

Sa faible teneur dans l'uranium naturel (0,0055 %) correspond à la teneur d'équilibre où son activité α est égale à celle de l'uranium 238 (nombre d'atomes de ²³⁴U produits par désintégration de ²³⁸U par unité de temps égal au nombre d'atomes de ²³⁴U désintégrés en ²³⁰Th par la même unité de temps).

L’uranium 234 donne par décroissance α le thorium 230 avec une énergie de désintégration de 4,856 MeV, en outre un petit pourcentage de fissions spontanées se produisent dont la contribution à l'échauffement est négligeable.

Formation par désintégration de l'uranium 238[modifier | modifier le code]

Le détail de la formation de ²³⁴U par décroissance de ²³⁸U est le suivant : Les noyaux de ²³⁸U émettent une particule alpha et se transforment en thorium 234 (²³⁴Th). Ensuite, avec une demi-vie courte, les noyaux de ²³⁴Th émettent un électron (particule bêta) pour devenir le protactinium 234m (^234mPa). Pour finir, les noyaux de ^234mPa émettent une autre particule bêta de forte énergie pour devenir les noyaux de ²³⁴U.

${\displaystyle {}^{2}{}_{92}^{38}{\hbox{U}}\;{\xrightarrow[{4,4688~Ga}]{\alpha ~4,856~MeV}}\;{}^{2}{}_{90}^{34}{\hbox{Th}}\;+\;{}_{2}^{4}{\hbox{He}}}$

${\displaystyle {}^{2}{}_{90}^{34}{\hbox{Th}}\;{\xrightarrow[{24,1~j}]{\beta ~0,199~MeV}}\;{}^{2}{}_{91}^{34m}{\hbox{Pa}}~\scriptstyle {\mathsf {ou~en~faible~proportion}}\displaystyle ~{}^{2}{}_{91}^{34}{\hbox{Pa}}+\beta ^{-}}$

principalement:${\displaystyle \;{}^{2}{}_{91}^{34m}{\hbox{Pa}}{\xrightarrow[{1,17~min}]{\beta ~2,29~MeV}}\;{}^{2}{}_{92}^{34}{\hbox{U}}+\beta ^{-}}$

en faible proportion:${\displaystyle \;{}^{2}{}_{91}^{34}{\hbox{Pa}}{\xrightarrow[{6,75~h}]{\beta ~2,195~MeV}}\;{}^{2}{}_{92}^{34}{\hbox{U}}+\beta ^{-}}$

Note : le thorium 234, formé par émission de la particule α qui a emporté deux protons du noyau de l'uranium 238, se trouve en excès de neutrons par rapport à l'isotope principal du thorium, le thorium 232.

Uranium 234 et cycle du combustible[modifier | modifier le code]

L'uranium enrichi contient une proportion plus grande d'uranium 234 que l'uranium naturel car le procédé d'enrichissement augmente la teneur des isotopes de faible masse. Dans l'uranium enrichi environ à 4 % utilisé dans les réacteurs à eau légère, la teneur en ²³⁵U augmente de 0,72 % à 4 %, soit un facteur de l'ordre de 5,5. On peut estimer grossièrement à 10^[b] le facteur d'augmentation de la teneur en ²³⁴U, soit une augmentation de 0,0055 % à environ 0,06 %. L'uranium appauvri ne contient qu'une proportion très faible d'²³⁴U (autour de 0,001 %) ce qui fait que la radioactivité de l'uranium appauvri est environ la moitié de celle l'uranium naturel.

En réacteur, ²³⁴U n'est pas fissile (en neutrons thermiques) et capture les neutrons pour devenir l'²³⁵U. La section efficace de capture est d’environ 100 barns en neutrons thermiques, valeur très supérieure aux 2,7 barns dans le cas de l’uranium 238 donc une quantité relativement plus importante d’uranium 234 est convertie en uranium 235 en comparaison de la conversion d’uranium 238 en plutonium 239. L'uranium 234 représente donc un matériau fertile dont la très faible teneur n'est pas gênante pour le procédé. En outre, une faible part de l’uranium 235 est convertie en uranium 234 par réaction (n, 2n)^[c] avec les neutrons rapides, de sorte que le combustible nucléaire usé peut contenir environ 0,010 % d'uranium 234, valeur supérieure à la teneur naturelle.

L'uranium 234 se retrouve dans l'uranium de retraitement en quantité non négligeable par comparaison avec l'uranium 235.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

• Uranium
• Isotopes de l'uranium
• Datation par l'uranium-thorium

Liens externes[modifier | modifier le code]

• (en) « Isotope data for Uranium 234 » (consulté le 24 mars 2016), sur le site periodictable.com

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