FISSION ATOMIQUE

-fission atomique

LA FISSION

Sous un bombardement de neutrons ou de rayons γ, les noyaux atomiques lourds (n° atomique > 90) donnent une réaction du genre de celle de l’uranium:

235U + n (ou γ) >>> (A1 + n.n) + (α, β, γ... + A2 + autres particules) + E

A1 et A2 = nouveaux corps produits après la réaction (la masse de A1 + A2  est < à la masse initiale)

Il y a beaucoup plus de A1 (corps lourds) produits que de A2 (corps légers)

n, α, β, γ ... = neutron et autres particules

n = nombre de neutrons (n) produits après l'interaction (environ 2,5 pour l’uranium et 2,9 pour le plutonium)

E = énergie produite par la perte de masse, soit quelques centaines de MeV (ou #  10-13J)

La production de ces nouveaux neutrons n (2,5 par exemple) sert à heurter de nouveaux noyaux d'uranium et à entretenir une réaction en chaîne (donc auto-entretenue) Il s'ensuit que l'énergie est démultipliée et elle sert aussi à produire en quelques jours: du 239U qui donne du 237Np, puis du 239Np, lui-même combustible pour fission

Les temps de fission sont environ: 10-15 s, pour la 1° partie de réaction (entre premières parenthèses), puis 10-14 s, pour la 2° partie de réaction (entre les parenthèses suivantes) et de l’ordre d'une seconde en cumulant le tout

L’énergie qui peut casser le noyau est de l’ordre de 6 à 8 MeV.

L’énergie de liaison d’un neutron est un peu supérieure, donc le neutron garde sa cohésion et il migre hors du noyau, en emportant environ 2 MeV qui, ajoutés à sa propre énergie de liaison, serviront à la fission suivante

 

Si la succession de réactions est très rapide (neutrons rapides de plusieurs MeV), on produit une très forte énergie E

(explosive) >>>c'est la bombe atomique A

Si la réaction est lente (neutrons lents, avec v < 2 km/s) ou à émission constante (grâce à des corps ralentisseurs), l'énergie est contrôlée dans le temps >>>c'est une centrale atomique

-masse critique: dans une réaction nucléaire, c’est la quantité de matière fissile minimale pour que la réaction diverge (quelques dizaines de kg)

 

RÉACTEUR NUCLÉAIRE POUR FISSION

Appareil réalisant la transformation de l’énergie nucléaire (par fission des neutrons d’un actinide) en énergie électrique

Ce sont souvent des neutrons peu rapides, d’énergie > 0,1 MeV.

Le combustible est 235U (qui est présent à # 1% dans le U naturel)

Les corps de refroidissement sont le Na liquide, ou l’eau (et très éventuellement le Pb, ou des gaz comme He, CO²) >>> dans les réacteurs actuels, leur volume est # 100 m3 .

La puissance moyenne, pour un modèle dit de génération

II = 1 gigawatt

-réacteur pour fission

Appareil réalisant la transformation de l’énergie nucléaire (par fission des neutrons d’un actinide) en énergie électrique

 

Le rendement (r) d'une réaction en chaîne est la superposition de divers rendements coexistants, soit:

r = r1.r2.r3.r4.r5    

où (r1) est le taux de pertes (ou de fuites) de neutrons--

(r2) est la probabilité de rencontre entre neutron et noyau-cible--

(r3) est la probabilité pour qu'il n'y ait pas de résonance --

(r4) est le facteur de multiplication, c'est à dire le rapport entre le nombre de neutrons émis dans la réaction en chaîne et le nombre de neutrons nécessaires pour son simple auto-entretien--

(r5) est le facteur de fission (qualité des neutrons réémis susceptibles de réagir à leur tour)

La nécessaire rentabilité énergétique de la réaction impose que r soit > 1 .

Le coefficient (r - 1) est la réactivité

Le bilan énergétique (appelé aussi Q de réaction) est 

Q = E.r(où E est l'énergie fournie à l’entrée du réacteur, avant toute réaction et r le rendement global)

L'impulsion F*r dans un réacteur (à plasma dense) est une impulsion spécifique provoquant des jets explosifs successifs, même à puissance modérée

La puissance d'un réacteur de II° génération est # 1 GW(1000 MW) et celle d'un type EPR dernier cri (1650 MW)

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