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La fission de l'Uranium 235

 

Un peu d'histoire

En 1932, James Chadwick découvrit le neutron. Quelques années plus tard, Enrico Fermi montra que si l'on bombardait différents éléments par des neutrons, on produisait de nouveaux éléments radioactifs. Fermi avait prédit que le neutron, particule non chargée (ne recevant pas de force électrique du noyau quand il s'approche) serait un projectile très intéressant.
En 1939, Otto Hahn et Fritz Strassman, bombardent des solutions de sels d'uranium par des neutrons. Ils mettent en évidence par analyse chimique de nouveux éléments radioactifs (dont du baryum). Quelques semaines plus tard, Lise Meisner et Otto Frisch montrent qu'un atome d'uranium ayant reçu un neutron peut se scinder , en libérant de l'énergie, en deux parts grossièrement égales (dont une serait du baryum). Frisch appela ce processus "la fission".

Un peu de physique

Dans le cas d'une fission typique d'Uranium 235, un noyau de U-235 absorbe un neutron thermique, produisant un noyau de U-236 dans un état très excité (instable). C'est ce noyau et non celui de U-235 qui va subir la fission et former deux fragments. Ces fragments, émettent 2 neutrons, laissant du Xe-140 et du Sr-94 comme fragments de fission. La réaction de fission globale est donc :

Ces fragments Xe-140 et Sr-94 sont très instables et sont émetteurs béta (émission d'un électron) jusqu'à ce qu'ils forment un produit stable.
En utilisant la courbe d'énergie de cohésion nucléaire , on peut estimer l'énergie libérée dans un processus de fission. D'après cette courbe, on peut voir que pour les nucléides lourds (masse d'environ 240 uma), l'énergie moyenne de cohésion par nucléon est d'environ 7,6 MeV. Pour les nucléides de masse moyenne (masse d'environ 120 uma), elle est d'environ 8,5 MeV. Cette différence énergie de cohésion totale entre un seul noyau lourd et 2 fragments (considérés comme égaux) issus de sa fission est donc :
C'est une quantité d'énergie libérée relativement importante par fission élémentaire.

La bombe atomique

 

Dans une réaction en chaîne, de nombreux atomes et noyaux sont concernés et une grande quantité d'énergie est libérée.
Si un noyau U-235 se scinde, il libère de l'énergie sous la forme de chaleur et de rayons g qui est la forme la plus énergétique de radioactivité et la plus mortelle.
Quand la réaction se produit, l'atome clivé fournit 2 ou 3 de ses neutrons excédentaires qui ne sont plus nécessaires aux fragments formés dans la fission. Ces neutrons sont éjectés avec une force suffisamment grande pour provoquer la fission d'autres noyaux U-235.

En théorie, il est seulement nécessaire de scinder un noyau U-235 et ses neutrons vont scinder d'autres noyaux qui vont scinder d'autres noyaux et ainsi de suite. C'est une progression de type géométrique qui se produit en un millionième de seconde.

L'uranium n'est pas le seul atome utilisé pour les bombes atomiques. On utilise aussi le plutonium Pu-239; cependant le plutonium ne peut démarrer lui-même une réaction en chaîne, il est généralement associé à un détonateur puissant qui amorce la réaction en chaîne.

  La fission dans les réacteurs nucléaires
Pour utiliser à grande échelle cette énergie libérée par la fission, une fission doit en provoquer une autre si bien que le processus s'étend comme dans un jeu de dominos. Le fait qu'il y ait plus de neutrons produits par la fission que de neutrons consommés permet de créer une réaction en chaîne. Cette réaction peut être soit : * rapide (comme dans une bombe atomique)
* ou controllée (comme dans un réacteur). Dans un réacteur nucléaire, des barres de cadmium ou de graphite (ou d'un autre matériau absorbant les neutrons) sont utilisées pour réguler le nombre de neutrons. Cela contrôle le facteur de multiplication k qui est le rapport entre le nombre de neutrons présnts au début d'une fission donnée au nombre de neutrons présents au début de la prochaine fission. Si k=1, le régime du réacteur est dit exactement critique ce que nous souhaitons pour un régime stationnaire de puissance. Les réacteurs sont construits pour être naturellement supercritiques (k>1); le facteur de multiplication est ensuite ajusté au régime critique en insérant les barres de contrôle.
  Une des conséquences inévitables du fonctionnement du réacteur est
l'accumulation de déchets radioactifs incluant des produits de fission et des noyaux transuraniens lourds comme le plutonium et l'americium.

Une partie du contenu de ces pages est inspiré ou provient de plusieurs sites dont les plus intéressants nous semblent être :

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Dernière mise à jour : 9/11/04