Principes de la physique nucléaire/Fission

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La fission nucléaire

Le phénomène de la fission spontanée fut découvert en 1940 par G. N. Flerov et K. A. Petrzak en travaillant sur des noyaux d'uranium 238.

La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (noyau qui contient beaucoup de nucléons, tels les noyaux d'uranium et de plutonium) est divisé en plusieurs nucléides plus légers. Cette réaction nucléaire se traduit aussi par l'émission de neutrons et un dégagement d'énergie très important (≈ 200 MeV, à comparer aux énergies des réactions chimiques qui sont de l’ordre de l'eV).

Fission spontanée

Définition de la fission spontanée

On parle de fission nucléaire spontanée lorsque le noyau se désintègre en plusieurs fragments sans absorption préalable d'un corpuscule (d'une particule).

Remarque : Ce type de fission n'est possible que pour les noyaux extrêmement lourds, car l'énergie de liaison par nucléon est alors plus petite que pour les noyaux moyennement lourds nouvellement formés.

Exemples

Début de l'exemple

Exemples de noyaux spontanément fissiles

* ${}_{92}^{235}\mathrm {U}$ : Uranium 235

• ${}_{98}^{252}\mathrm {Cf}$ : Californium 252

Fin de l'exemple

Fission induite

Définition de la fission induite

La fission induite est la désintégration, en plusieurs fragments, d'un noyau lourd ayant capturé une autre particule (généralement un neutron).

Exemple

La fission nucléaire de l'uranium.

Début de l'exemple

Exemple de l'uranium 235

${}_{92}^{235}\mathrm {U} +{}_{0}^{1}n\rightarrow {}_{92}^{236}\mathrm {U} \rightarrow {}_{36}^{93}\mathrm {Kr} +{}_{56}^{140}\mathrm {Ba} +3~{}_{0}^{1}n$

La fission induite de l'uranium 235 est réalisée par absorption d'un neutron dit lent, créant ainsi de l'uranium 236 qui lui est instable. Celui va donc rechercher son état stable en se désintégrant, pour donner deux produits de fission (radioactifs pour l'uranium 235), le krypton et le baryum, accompagnés d'environ trois neutrons (2,48 neutrons en moyenne).

Fin de l'exemple

Remarque : Les fissions induites les plus couramment utilisées sont la fission de l'uranium 235, de l'uranium 238 et du plutonium 239.

Réaction en chaîne

Définition de la réaction en chaîne

Lors d'une réaction de fission nucléaire induite, l'absorption d'un neutron par un noyau fissible permet la libération de plusieurs neutrons, et chaque neutron émis peut à son tour casser un autre noyau fissile. La réaction se poursuit ainsi d'elle-même : c’est la réaction en chaîne.

Exemple

Début de l'exemple

Exemple de l'uranium 235

Réaction en chaîne de l'uranium 235

Dans la phase 1, un atome d'uranium 235 absorbe un neutron, se divise en 2 nouveaux atomes (produits de fission), et relâche 3 nouveaux neutrons ainsi que de l'énergie.

Dans la phase 2, l'un des neutrons est absorbé par un atome d'uranium 238, et ne continue pas la réaction (l'uranium 238 n’est pas fissile). Cependant, un neutron rentre en collision avec un atome d'uranium 235, qui se divise et relâche deux neutrons et de l'énergie.

Dans la phase 3, ces deux neutrons entrent en collision avec des atomes d'uranium 235, qui se divisent et relâchent de 1 à 3 neutrons (2.52 en moyenne), qui peuvent encore entretenir la réaction en chaine

Remarque : Dans la phase 2, l'un des neutrons a été absorbé par un atome d'uranium 238 ne provoquant certes pas de fission, mais cette capture a transformé l'atome d'uranium 238 en atome de Plutonium 239 qui lui est fissile.

Fin de l'exemple