Cube d'uranium utilisé par les nazis

On a retrouvé un cube d'uranium utilisé dans un prototype de réacteur allemande de la seconde guerre mondiale : https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-6980259/Physicist-says-Nazis-tried-make-nuclear-reactor-receiving-mysterious-cube-WWII-uranium.html

Il s'agit d'uranium pur "naturel" çàd non enrichi.

L'article dit que le cube de 5cm peut être manipuler sans danger. Si je voulais m'amuser à calculer un débit de dose, quel genre d'U nat devrais-je utiliser pour les calculs sachant que ce cube a dans les 70 ans ? Avec ou sans les descendants ? AVec tous les descendants à l'équilibre ?

Plus d'infos dans cet article https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.4202

Bonjour,
Si c'est vraiment de l'Unat, on a, pour chaque Bq, 0,487Bq de U8, 0,487Bq de U4 et 0,0227Bq de U5 et toute la descendance en équilibre
Je pense que les 70 ans peuvent être passés dans les incertitudes...
En terme de débit de dose, ça ne doit pas faire lourd quand même...On devrait être entre 6 et 10µSv/h à 1m....

L'équilibre est atteint au bout de combien de temps ? Car c'est bien d'U nat métal dont il est question donc de l'uranium pur il y a 70 ans, débarrassé de ses descendants.

S'il n'y a eu aucune opération de radiochimie sur cet Unat (concentration de U5 par exemple), l'Unat reste de l'Unat (il n'y a pas d'"uranium pur", sauf si on isole un de ses isotopes)en équilibre séculaire avec tous ses descendants jusqu'au plomb 206...
et donc 70ans vis à vis de la période de U5 à 7E8 ans ce n'est pas grand'chose...

Bonjour
En espérant que le cube soit suffisamment compact car sinon le radon-222 peut être émis à l'extérieur et l'équilibre s'arrête juste avant.
J'en ai trouvé un récemment chez la petite fille de Marie Curie.
Iron kloug

...ah oui effectivement, cela nécessite que le 222Rn gazeux ne s'échappe pas...
Marie Curie avait cependant la fâcheuse tendance à isoler le 226Ra par contre...

Oui
Il venait d'ailleurs que de chez sa grand-mère.
Kloug

Cela dépend : si on dit partir d'U "purifié/raffiné", on a donc majoritairement 238, 235 et 234 au départ et pas/peu d'autres éléments chimiques, éliminés par le processus ayant conduit à isoler l'U. Les autres isotopes de l'U tels 233, 236 sont souvent considérés en proportion négligeable.
238 va arriver très vite (qq mois) à l'équilibre avec ses 2 premiers descendants puis buter sur U234... pendant des milliers d'années. 
235, idem, va vite s'équilibrer avec le premier descendant mais bute sur le second, Pa231, à vie longue
234... ben,  son premier descendant est un Th, à vie longue aussi 
Donc, dans ce cas, pour l'équilibre au sens reconstitution des chaînes avec tous les descendants de même activité que la tête, il faudra être patient.
Pour cette raison, l'Unat purifié est environ 3.5 fois moins actif que l'U nat "brut" et assez proche de l'appauvri.
Si au contraire on part de l'hypothèse que tous les descendants présents au départ restent dans le cube, l'équilibre n'aurait jamais été rompu et 70 ans de plus n'y changent rien. mais cela implique que la fabrication du cube n'ait séparé aucun des éléments, alors que leur chimie n'est pas identique.

Merci Gnaf pour ces explications très claires

PaulF : un objet composé uniquement d'isotopes de l'uranium est bien d'un point de vue chimique de l'uranium pur non ?

Si vous voulez faire la mesure vous-même il y a un cube exposé au musée d'Haigerloch. Je n'avais malheureusement pas mon compteur Geiger avec moi ce jour-là donc je ne connais pas le débit de dose au contact de la vitrine

Bonjour,

Merci de cette info
Les fameux cubes du réacteur qui fort heureusement n'a jamais marché (sabotage?) !!

Tout d'abord cela me donne une idée pour faire un TD de calcul de dose (je vous donnerait mes résultats
Ensuite concernant les calculs de décroissance je vous conseille d'aller sur laraweb, ils proposent un outil de calcul de décroissance simple et efficace, avec en plus conversion masse-activité

Il suffit de rentrer les activités respectives (calculs à partir de la masse d'U8) U8, U5 et U4 pour avoir l'activité des descendants 

Il est vrai , comme le disait Iron Kloug, que le problème essentiel est de savoir la proportion du dégazage du Rn 222, qui conditionne alors l'activité en Bi 214, l'un des RN les plus dosant dans cette histoire. Rn 22 dans la filiation de l'U4 à l'équilibre séculaire avec U8, équilibre réalisé avant l'extraction du minerai sur des telmps géologique

On peut faire 2 calculs : un avec dégazage total et l'autre sans dégazage, la vérité sera entre les 2

A noter que pour l'U5 on n'a pas le pb radon, on n'a que le premier descendant (Th 231)

là sur un petit calcul rapide, l'un avec source "U naturel", dont en vérité je ne sais pas vraiment ce qu'il prend en compte, mais je suppose les 2 familles à l'équilibre, j'ai 2 mSV/h au contact. En excès sans doute car ici on a toute la filiation de l'U5, ce qui n'est pas le cas dans les cubes

l'autre avec "U apprauvri+ rayonnement de freinage (Pa 234m)" que l'on a aussi en magasin, il ne reste que 30 µSv/h

Donc on voit ici importance sur les hypothèse du spectre isotopique

En tous les cas encore merci pour l'info, je creuse

Dernier truc : j'a toujours été intrigué par le fait qu'il sutilisaient des cubes, et non pas des sphères par exemple, plus efficace en termes neutronique (rapport optimisé volume /surface)

Gluonmou

Bonjour
Bien l'idée du TD !
Je suis intéressé par les résultats.
Iron kloug

Bonjour,
Honnetehomme: Pour ma part, je ne sais pas trop ce qu'est l'uranium "pur", on peut avoir du U5 pur, U8 pur etc...L'Unat est constitué depuis la création de la terre, il est donc composé de l'ensemble de ses isotopes, c'est celui qui se trouve dans le minerai extrait.
Gluonmou: L'Unat est pour ma part en équilibre avec l'ensemble de ses descendants, l'effet d'émanation du 222Rn existe, mais, toujours pour ma part, je n'ai jamais constaté de déséquilibres importants sur la chaine. Cette hypothèse est primordiale, lorsque l'on veut caractériser un échantillon d'Uranium par spectrogamma, puisque l'U n'est pas émetteur gamma, on ira chercher ses descendants (234mPa, 226Ra et les plomb et bismuth qui se trouvent derrière le 222Rn). Si les activités Pb/Bi sont trop éloignées des activités 234mPa et Ra, il y a eu une rupture.
Mais sur des échantillons naturels sous forme de cailloux, l'effet d'émanation est très faible.
Cordialement.

Je me corrige un peu: L'uranium émet des gammas mais les pourcentage d'émissions sont très faibles et/ou les énergies inférieures à ce que peut voir une chaîne de spectrogamma classique (notamment de U4 et U8)

Après une petite analyse, j'arrive au résultat suivant :

DED contact : 2 mSv/h  (mine de rien, mais juste au bout des doigts)
30 cm :  13 µSv/h
1 m : 1,3 µSv/h (sans surprise)
C'est pour l'essentiel le Bi 214 qui fait la dose, en équilibre avec U4

A confirmer, si certains veulent s'y coller

Donc à dire que l'on peut les manipuler à la main, oui, mais le DED n'est pas absolument négligeable


A noter encore que compte-tenu de la nature  de la matrice (Uranium), l'autoabsorption permet de baisser le DED par un facteur 6

Gluonmou

PS : pour rebondir sur ce qu'à dit PaulF, j'ai fait le calcul sous hypothèse d'une absence de dégazage radon, mercipour l'info

On peut également utiliser le Leblanc (Delacroix): en géométrie Flacon 10mL, on est à 1,3E-7µSv/h par Bq à 1m. (d'où mes 6 à 10µSv/h à 1m dans un post précédent...)
Le calcul sera surestimé puisque effectivement, il a un effet d'autoabsorption important en géométrie réelle...
Sur ce, bon WE à tous...

Pour le calcul j'ai pris U5 + Th 231 à 1,37 MBq
Je n'ai pas pris les descendants derrière le Th 231
Pour l'U8, j'ai pris U appauvrie+ rayonnement de freinage à 3 MBq (la part d'U5 là dedans est négligeable) avec Th234 et Pa 234m à l'équilibre puis enfin l'U4 à l'équilibre, toujours 3 MBq, avec tous ses descendants 

Et en faisant le calcul avec le Bi 214 tout seul j'arrive au même résultat
tout ça pour ça
Donc la première question avec l'uranium et ses différents spectres isotopiques et ses descendants est de savoir s'il y a du Bi 214 de façon significative ou pas...

Et là, en écrivant cela, je réalise que pour créer la table d'émission de l'U appauvri j'avais négligé l'U4
parce qu'effectivement l'U4 n'a pas le temps d'enclencher ses descendants sur quelques dizaines d'années . Le premier, Th 230, a une période de 75 000 ans.

pourquoi suis-je parti avec l'idée que l'U4 avait tous ses descendants?
mystère
l'âge, diraient certaines mauvaises langues
L'abus de bonbons Riccola au réglisse?
J'en profite pour faire mon outing, je suis perclus d'addiction : en ce moment je suis calé sur le chocolat au lait Côte d'Or a, addiction que je combat donc avec l'addiction au Riccola. Vous pensez que je devrais consulter un spécialiste?

Je vous tient la jambe avec ça parce que pendant ce temps j'ai lancé un calcul sans l'U4, et les tables d'émissions, même condensé, sont longuettes, et le temps de calcul avec
j'y retourne

Bingo!!
Au contact, sans l'U4 et sa marmaille, il ne reste plus que 28 µSv/h au lieu de 2 mSv/h (soit 100 fois moins, idem au autres distances
Et oui, il n'y a plus le Bismuth 214, un monstre radiologique

Donc effectivement on peut s'y rouler dedans

Me suis bien gouré sur ce coup là, je m'en souviendra pour ma méthode pédagogique par l'erreur

Gluonmou