Uranium 232

L’uranium 232, noté ²³²U, est l'isotope de l'uranium dont le nombre de masse est égal à 232 : son noyau atomique compte 92 protons et 140 neutrons avec un spin 0+ pour une masse atomique de 232,037 15 g/mol. Il est caractérisé par un excès de masse de 34 609,4 ± 1,8 keV et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de 7 611,90 keV[1]. Il possède une demi-vie de 68,9 ans et est un sous produit du cycle du thorium.

Il a été cité comme un possible obstacle à la prolifération nucléaire utilisant ²³³U comme matériau fissile car l'intense radiation γ du produit de désintégration de ²³²U contamine ²³³U et le rend plus difficile à manipuler.

La production de ²³³U, par irradiation neutronique de ²³²Th, produit inévitablement de petites quantités de ²³²U comme impureté, du fait de réactions (n, 2n) parasites, soit sur l'uranium ainsi formé, soit sur le protactinium 233 intermédiaire :

${\displaystyle {\rm {^{232}Th\ {\xrightarrow {n,\gamma }}\ ^{233}Th\ {\xrightarrow {\beta -}}\ ^{233}Pa\ {\xrightarrow {\beta -}}\ ^{233}U\ {\xrightarrow {n,2n}}\ ^{232}U\ }}}$

${\displaystyle {\rm {^{232}Th\ {\xrightarrow {n,\gamma }}\ ^{233}Th\ {\xrightarrow {\beta -}}\ ^{233}Pa\ {\xrightarrow {n,2n}}\ ^{232}Pa\ {\xrightarrow {\beta -}}\ ^{232}U\ }}}$

La chaîne de désintégration de ²³²U amène rapidement à l'émission de ²²⁰Rn ainsi qu'à des émetteurs de radiation gamma forte, ²¹²Pb et ²⁰⁸Tl :

²³²U (α, 68,9 ans) ;

²²⁸Th (α, 1,913 ans) ;

²²⁴Ra (α, 3,6 jours, 0,24 MeV) (à partir de ce point, la chaîne de désintégration est identique à celle de ²³²Th) ;

²²⁰Rn (thoron)(α, 55 s, 0,54 MeV) ;

²¹⁶Po (α, 0,15 s) ;

²¹²Pb (β⁻, 10,64 h, 0,58 MeV) ;

²¹²Bi (α, 61 min, 0,78 MeV) ;

²⁰⁸Tl (β⁻, 3 min, 2,6 MeV) (rapport de branchement : 35,94 %) ;

²⁰⁸Pb (stable).

Ceci rend la manipulation dans une boîte à gants avec seulement une protection légère (comme c'est couramment le cas pour le plutonium) trop dangereuse (sauf potentiellement dans la courte période suivant immédiatement une séparation chimique entre l'uranium et le thorium 228, radium 224, le radon 220 et le polonium 216) et requiert à la place une manipulation à distance pour la fabrication de combustible.

La chaîne de désintégration du thorium démarre directement avec la production de deux isotopes émetteurs β fortement irradiants :

²²⁸Ra (β⁻, 5,75 ans, 0,055 MeV)

²²⁸Ac (β⁻, 6,13 h, 2,14 MeV),

mais en termes de becquerels les activités produites restent très faibles, parce que le thorium n'est lui-même que très faiblement radioactif (T_¹⁄2 = 14,05 × 10⁹ années). Le problème de la manipulation d'un combustible thorium a donc été résolu il y a de nombreuses années.

De façon inhabituelle pour un isotope de nombre de masse pair, ²³²U a une importante section efficace d'absorption des neutrons aussi bien pour la fission (neutrons thermiques 75 barns, intégrale de résonance 380 barns) que pour la capture neutronique (thermique 73 barns, intégrale de résonance 280 barns).