Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Cheikh M’Backé DIOP : Ingénieur-chercheur au Commissariat à l’Énergie Atomique - Chef du Laboratoire d’Études de Protection et de Probabiiités, CEA/Saclay
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Dans un réacteur nucléaire les neutrons engendrent des réactions nucléaires. La neutralité du neutron le rend insensible à la barrière coulombienne induite par la présence des charges de l’atome (protons et électrons) et, par conséquent, en fait un projectile privilégié pour interagir avec le noyau de l’atome, par exemple, pour provoquer la fission d’un noyau de masse atomique élevé. La fission n’est pas la seule réaction nucléaire à considérer dans un réacteur nucléaire. En effet, il existe plusieurs types de réactions nucléaires et l’occurrence de ces réactions nucléaires varie d’une espèce d’isotope cible à une autre. Dans un réacteur, les réactions nucléaires ont lieu non seulement dans le combustible mais également dans l’ensemble des structures du cœur et celles situés au-delà du cœur.
D’autres types de dispositifs nucléaires mettent en jeu des réactions nucléaires : les machines à fusion thermonucléaire (par confinement magnétique et inertiel) dans lesquelles on fait interagir des éléments légers, les accélérateurs de particules pouvant provoquer des réactions de spallation.
La connaissance de ces réactions nucléaires est indispensable pour comprendre et appréhender, par des modélisations physico-mathématiques appropriées, le fonctionnement d’un réacteur nucléaire ainsi que l’ensemble des phénomènes nucléaires associés au cycle du combustible.
Ainsi, le présent dossier décrit, en premier lieu, les principales caractéristiques générales des réactions nucléaires induites par des neutrons : phénoménologie, énergétique, sections efficaces, ... Une deuxième partie traite de réactions nucléaires particulières, notamment la fission. Enfin, un bref aperçu est donné sur les réactions de fusion thermonucléaire et les réactions de spallation.
Cet exposé constitue la suite naturelle du dossier Physique des réacteurs- Les bases de la physique nucléaire consacré à la structure du noyau atomique et à sa stabilité dont il utilise l’ensemble des notions introduites. Le lecteur pourra ensuite se reporter au dossier Physique des réacteurs- Traitement des données nucléaires qui complète les « Bases de physique nucléaire pour la physique des réacteurs », par une présentation de grandes bases de données nucléaires internationales, appelées évaluations par les spécialistes, ainsi que par une présentation du mode de traitement de ces évaluations afin qu’elles puissent être utilisables par l’ingénieur ou le chercheur soit directement, soit à travers les codes de calcul développés dans le domaine de la physique des réacteurs nucléaires.
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- Version courante de juil. 2016 par Cheikh M’Backé DIOP
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Énergétique des réactions nucléaires1. Phénoménologie
On entend par réaction nucléaire, l’interaction entre une particule (le projectile) et le noyau atomique (la cible). Le tableau 1 en donne quelques exemples.
La réaction nucléaire est un phénomène complexe se déroulant sur une échelle de temps allant schématiquement de 10–23 seconde à 1 seconde (émission de neutrons retardés). La figure 1 inspirée de schémas des références [1] [2] illustre cette phénoménologie.
Deux aspects importants sont à étudier :
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l’énergétique des réactions nucléaires et les relations entre l’angle et l’énergie : connaissant l’énergie et la direction du projectile et de la cible avant collision, en déduire l’énergie et la direction des produits de réaction ;
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la probabilité d’interaction entre projectile et noyau cible traduit l’occurrence d’une réaction.
L’énergétique utilise les relations de conservation de l’énergie et de l’impulsion en travaillant dans le référentiel du laboratoire et/ou du centre de masse.
Le second point concerne les sections efficaces des réactions nucléaires. Elles sont obtenues par divers formalismes mathématiques associés à des modèles.
L’énergétique est importante pour la physique des réacteurs, car elle permet de déterminer la puissance résiduelle et l’échauffement des structures du réacteur.
Les sections efficaces sont indispensables pour traiter la propagation des rayonnements dans la matière (résolution de l’équation du transport), ainsi que la transmutation d’un milieu soumis à irradiation.
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Phénoménologie
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BLATT (J.M.), WEISSKOPF (V.F.) - Theoritical Nuclear Physics. - New York, John Wiley & Sons (1952).
-
(2) - MEYERHOF (W.E.) - Éléments de physique nucléaire. - Paris, Dunod (1970).
-
(3) - REUSS (P.) - Précis de neutronique. - Paris, EDP Sciences, Collection Génie Atomique, pp. 461-467 (2003).
-
(4) - JEF-Report 14, Table of Simple Integral Neutron Cross Section Data from JEF-2.2, ENDF/BVI, JENDL-3.2, BROND-2 and CENDL-2, AEN/OCDE, - Janis Nuclar Display Program, AEN/OCDE, [http://www.nea.fr/janis] (1994).
-
(5) - VALENTIN (L.) - Physique subatomique : noyaux et particules. - Paris, Hermann (1975).
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(6) - McLANE (V.), DUNFORD (C.L.), ROSE (P. E) - Neutron Cross Sections. - Volume 2, Neutron Cross Section Curves, New York, Academic Press, Inc. (1988).
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