URANIUM
Propriétés
L'uranium est très actif vis-à-vis de l'oxygène ; à l'air, il se recouvre très vite d'une couche d'oxyde et, lorsqu'il est divisé en copeaux, il s'enflamme facilement. Avec l'hydrogène il forme très facilement l'hydrure UH3, très inflammable.
Propriétés nucléaires
L'uranium possède trois isotopes naturels (238U, de demi-vie 4,468 × 109 ans ; 235U, de demi-vie 7,04 × 108 ans ; 234U, de demi-vie 2,455 × 105 ans) radioactifs qui se désintègrent en émettant des rayonnements et 23 isotopes artificiels, dont 236U, de demi-vie 2,342 × 107 ans.
L'uranium naturel contient 99,2742 p. 100 de l'isotope 238, 0,7204 p. 100 de l'isotope 235 et 0,0054 p. 100 de l’isotope 234. Le noyau de 235U, soumis à l'action d'un flux de neutrons thermiques (énergie inférieure à 0,1 MeV), subit la fission, qui engendre spontanément deux nouveaux noyaux animés chacun d'une très grande énergie cinétique (de 80 à 100 MeV) en émettant simultanément 2 ou 3 neutrons rapides d'énergie moyenne 2 MeV.
L'isotope 238U, sous le même flux de neutrons, est capable d'absorber un neutron thermique pour donner un noyau instable qui, par désintégrations β successives, aboutit à la formation de l'élément artificiel 239Pu ; celui-ci est capable, comme l'uranium 235, de subir la fission.
Transformations de phases
L'uranium possède trois variétés allotropiques entre la température ambiante et son point de fusion. Jusqu'à 668 0C, il présente la structure orthorhombique (phase α) ; entre 668 et 775 0C, il possède la structure quadratique (phase β) ; enfin, de 775 0C jusqu'au point de fusion 1 130 0C, il présente la structure cubique centrée (phase γ).
Dans la phase α orthorhombique, les paramètres de la maille sont a0 = 0,2854 nm, b0 = 0,5868 nm, c0 = 0,4956 nm.
Structure cristalline
Encyclopædia Universalis France
La disposition des atomes dans la maille peut être observée sur la figure 2.
L'arrangement atomique dans les structures α et β est très anisotrope et de ce fait les caractéristiques physiques telles que le coefficient de dilatation, le module d'élasticité, la résistivité dépendront beaucoup des directions cristallographiques. Par exemple, sous l'influence de la température, les paramètres de la maille varient différemment, d'où une anisotropie de dilatation thermique : dans les directions cristallographiques a et c, le coefficient de dilatation linéaire augmente avec la température, tandis que, dans la direction b, ce coefficient diminue. Dans le métal polycristallin, cela se traduit par un coefficient de dilatation moyen en volume positif.
Propriétés physiques en phase a
Encyclopædia Universalis France
Les principales propriétés physiques de la phase α sont portées dans le tableau 3.
La microstructure après coulée sous vide présente de gros grains de 500 à 1 000 μm, très déformés.
Propriétés mécaniques
L' uranium étant un métal fortement anisotrope, ses propriétés mécaniques varient beaucoup avec le mode de fabrication (coulé, filé, laminé, étiré...), le traitement thermique et les impuretés.
Caractéristiques mécaniques de la phase a
Encyclopædia Universalis France
Le tableau 4 résume les principales caractéristiques mécaniques à la température ambiante. En phase β, l'uranium est très fragile (l'allongement à rupture est de 2 à 4 p. 100). En revanche, en phase γ, il est très plastique.
Effets de l'irradiation par les neutrons
L' uranium non allié soumis aux flux de neutrons dans les réacteurs subit des déformations macroscopiques importantes dues à deux phénomènes : la croissance anisotrope et le gonflement.
Croissance anisotrope
La croissance anisotrope se caractérise par un allongement dans la direction cristallographique b et un raccourcissement dans la direction a, cela sans variation de volume ni modification de structure. Ce phénomène a été découvert en 1955 ; il n'est pas spécifique de l'uranium[...]
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Écrit par
- Bernard BOUDOURESQUES : ingénieur au Commissariat à l'énergie atomique
- Jean CARALP : ingénieur École nationale supérieure de géologie, Nancy, chargé de mission à la Direction des mines et usines
- Jeanne LEHMANN : Ingénieur au Centre d'études nucléaires, Saclay
- Jean-Louis VIGNES : professeur d'université à l'I.U.F.M. de Créteil, chercheur au Centre d'études de chimie métallurgique (C.N.R.S.)
Classification
Médias
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Keystone/ Hulton Archive/ Getty Images
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