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Pourquoi l'uranium 235 est-il si spécial ? Comment ce « roi de la fission » joue-t-il un rôle clé dans l'énergie nucléaire ?
Derrière le débat sur l'énergie nucléaire, l'uranium 235 (235U) devient souvent le point central et est connu comme le « roi de la fission ». Cet isotope spécial a un impact indispensable sur la technologie de production d’énergie nucléaire et la fabrication d’armes en raison de ses propriétés physiques uniques. L'uranium 235 est le seul nucléide dans la nature qui peut être fissionné par les neutrons thermiques, ce qui lui permet de jouer un rôle clé dans diverses réactions nucléaires.
Dans l'énergie nucléaire, la concentration d'uranium 235 doit être supérieure à celle trouvée dans l'uranium naturel pour permettre les réactions de fission.
L'uranium dans la nature est principalement composé d'uranium 238 (238U), avec une proportion de plus de 99 %, tandis que l'uranium 235 représente moins de 1 %. Bien que l'uranium 238 ait également des utilisations importantes, il n'a pas de capacité de fission, ce qui fait que l'uranium 235 joue un rôle important dans le développement de l'énergie nucléaire et des armes nucléaires. Dans la production d'énergie nucléaire, la plupart des réacteurs nucléaires utilisent de l'uranium enrichi, c'est-à-dire que la teneur en uranium 235 est portée à environ 3,5 à 4,5 %.
Le processus de grillage et d'enrichissement de l'uranium est le seul moyen de garantir qu'il puisse être utilisé dans les réacteurs.
Il existe deux principales technologies commerciales pour l'enrichissement de l'uranium : la diffusion gazeuse et la centrifugation gazeuse. Ces procédés convertissent d'abord l'uranium en hexafluorure d'uranium (UF6), puis extraient le produit à haute teneur en uranium 235 par des moyens physiques et chimiques. À l’échelle mondiale, près de 90 % des travaux d’enrichissement de l’uranium sont réalisés par centrifugation gazeuse en raison de son rendement élevé et de sa faible consommation d’énergie.
En plus de l'uranium 235 lui-même, d'autres isotopes de l'uranium tels que l'uranium 236 et l'uranium 238 ont également des utilisations spécifiques. Parmi eux, l’uranium 236 consomme les neutrons nécessaires aux réactions de fission par capture de neutrons, ce qui rend l’uranium 235 à haute concentration crucial dans le processus de réaction nucléaire.
L'existence d'uranium 235 à haute concentration garantit non seulement l'efficacité opérationnelle des réacteurs nucléaires, mais renforce également la puissance des armes nucléaires.
Les produits à base d'uranium à usage spécifique, notamment l'uranium faiblement enrichi (UFE), l'uranium hautement enrichi (HEU) et l'uranium faiblement enrichi à haut pourcentage (HALEU), permettent l'utilisation de nombreux types différents de réacteurs. Par exemple, de nombreux petits réacteurs modulaires nécessitent HALEU pour assurer leur fonctionnement. Dans la fabrication d’armes nucléaires, la concentration standard d’UHE atteint généralement 85 % ou plus.
L'interprétation et le traitement de différents types d'uranium ne se limitent pas seulement à des défis économiques et techniques, mais sont également confrontés à de nombreuses lois et réglementations environnementales et de sécurité. La technologie de retraitement de l'uranium (RepU) peut réduire efficacement les déchets nucléaires et améliorer l'utilisation de l'uranium dans le processus d'obtention d'uranium utilisable.
La réutilisation de l'uranium optimise non seulement les ressources, mais est également essentielle à la gestion des déchets nucléaires.
Plus précisément, parmi les différentes méthodes d'enrichissement de l'uranium, la technologie de dépôt et la technologie laser ont progressivement montré leur supériorité. Ces technologies émergentes réduisent non seulement la consommation et les coûts énergétiques, mais offrent également une plus grande flexibilité et pourraient avoir leur place dans l’industrie de l’énergie nucléaire à l’avenir. Par ailleurs, résoudre le risque de prolifération nucléaire constitue également un défi majeur auquel sont confrontés aujourd’hui les scientifiques.
En bref, l'uranium 235 a joué un rôle essentiel dans le développement de l'énergie nucléaire. Ses propriétés de fission uniques et sa technologie d'enrichissement en amont en ont fait la pierre angulaire de la production d'énergie nucléaire et à des fins militaires. Avec les progrès technologiques et le défi des énergies renouvelables, comment le rôle de l’uranium 235 évoluera-t-il à l’avenir ?
