L'uranium est un élément dont le noyau de l'atome comprend 235
neutrons et 92 protons. Cet atome est appelé lourd. De part la taille de son
noyau, les forces qui permettent aux protons d'être maintenus ensemble ne sont plus assez
grandes pour lutter contre les forces électriques de répulsion dues aux protons. Il
s'ensuit qu'à l'état naturel le noyau d'uranium se désintègre, cette désintégration
est appelée fission naturel. Ils existent une cinquantaine d'éléments présentant cette
caractéristique. Lors de la fission d'un atome il y a émission de radiations appelées
radioactivité.
La radioactivité:
Lors de la fission, il y a émission de six types de radioactivité:
- la fission : le noyau se partage en 2 noyaux plus petits
- désintégration alpha: 2 protons + 2 neutrons (hélium) éjectés à grande
vitesse (peut être arrêté par du papier)
- désintégration bêta : électrons éjectés à grande vitesse (peut être
arrêté par quelques mm d'aluminium)
- radioactivité gamma : un photon gamma est libéré - électromagnétique, très
pénétrant (peut être arrêté par du béton ou du plomb)
- désintégration à un proton (connue seulement depuis 1980)
- désintégration à deux protons (connue seulement depuis 2002)
La fission ayant lieu dans la nature, la radioactivité existe dans la nature.
Toutefois à forte dose, elle engendre entre autres des modifications cellulaires,
modification génétique (ADN), etc. La radioactivité est parfois utilisée en médecine.
La durée de vie:
La fission, donc la modification du noyau d'un atome, ayant lieu naturellement, il va
sans dire que l' uranium tend à disparaître. Pour calculer le temps qu'il faut pour
faire "disparaître" un matériaux radioactif, donc sa radioactivité, on parle
de demi-vie correspondant au temps nécessaire pour que sa radioactivité diminue de
moitié. Le strontium 90 (St) a par exemple une demi vie de 28 ans. Au bout de combien de
demi-vie ou combien de temps aura-t-il perdu 99% de sa radioactivité?
| nombre de demi-vie |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
| durée [année] |
28 |
56 |
84 |
112 |
140 |
168 |
196 |
| radioactivité restante [%] |
50 |
25 |
12.5 |
6.25 |
3.12 |
1.56 |
0.78 |
Nous constatons qu'il faut 7 demi-vies pour qu'un élément perde 99% de sa
radioactivité soit 196 ans pour du St 90. Pour du xénon (Xe) la demi-vie est de 12 jours
ce qui nous donne 7*12= 84 jours pour perdre 99% de sa radioactivité.
Sachant que pour l'U238 sa demi-vie est de 4,5 milliard d'années, en combien de temps
aura-t-il perdu 99% de sa radioactivité?
Voyons ce qui ce passe lors de la fission d'un atome d'U235:
| (neutron) 235 |
1 |
94 |
140 |
1 |
| U n |
= |
Sr |
Xe |
n + énergie W |
| (protons) 92 |
0 |
38 |
54 |
0 |
Nous constatons un fort dégagement d'énergie sous forme de chaleur. En
enrichissant l'U235 en U238 nous
permettons une fission avec réaction en chaîne. Si cette réaction en chaîne n'est pas
contrôlée, nous avons une bombe. Pour l'emploi pacifique de la fission il faut
contrôler la réaction en chaîne en absorbant des neutrons (modérateur. eau lourde,
carbone bar en graphite).
comparaison d'énergie produite:
1 [g] d'U produit 230 000 [kWh]
2 000 000 [g] de mazout produisent 230 000 [kWh]
Nous constatons également que l'U se désintègre en formant
d'autres matériaux radioactif. Le produit final de ces désintégration sera le plomb.
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