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RÉSUMÉ
La neutronique est la branche de la physique qui traite du cheminement des neutrons dans un système et des réactions nucléaires induites par ces neutrons, en particulier les réactions de fission à l’origine du dégagement d’énergie. Après avoir introduit les notions d’effet de température, cet article traite des effets des réactions neutroniques sur le fonctionnement des réacteurs, notamment l’empoisonnement par les produits de fission, puis l’évolution des noyaux lourds. Pour terminer, un aperçu sur les méthodes de calcul de la neutronique est apporté, dont le traitement de l’équation de Boltzmann.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Paul REUSS : Professeur à l’Institut national des sciences et techniques nucléaires, commissariat à l’énergie atomique
INTRODUCTION
Ce document constitue la suite du dossier « Bases de neutronique. Migration des neutrons ».
Dans le dossier BN 3014, les aspects physiques du cheminement des neutrons dans la matière ont été présentés. Ce cheminement se fait selon les sept variables de l’équation de Boltzmann : les trois variables d’espace (diffusion), les trois composantes de la vitesse (ralentissement, thermalisation) et le temps (cinétique).
Dans le présent document, les effets des réactions neutroniques sur le fonctionnement des réacteurs seront examinés, et un éclairage sur les méthodes de calcul de la neutronique sera apporté.
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3. Évolution des noyaux lourds
3.1 Généralités sur les effets de l’évolution
L’irradiation neutronique va, d’une part, provoquer des fissions (d’où l’accumulation de produits de fission que nous venons de présenter) et, d’autre part, transmuter par capture neutronique (parfois suivie de décroissance radioactive) les noyaux lourds : c’est ce dernier aspect qui est traité maintenant.
Ces noyaux lourds sont tous plus ou moins fissiles : en règle générale, ceux qui ont un nombre impair de neutrons sont fissiles par tous les neutrons, et préférentiellement les neutrons thermiques, alors que ceux qui sont pairs en neutrons ne peuvent, en pratique, être fissionnés que par des neutrons rapides.
Les captures (s’il n’y a pas fission) peuvent transformer un noyau du deuxième type en un noyau du premier type, et vice-versa. En général, on déclare « fissiles » ceux qui le sont par neutrons lents et « fertiles » ceux qui donnent par capture neutronique un noyau « fissile ».
Ce dernier mécanisme, qualifié de conversion, permet de régénérer en partie la matière fissile consommée dans la réaction en chaîne et donc de ralentir la dégradation inexorable du facteur de multiplication.
On remarquera qu’il reste forcément encore de la matière fissile dans le combustible irradié déchargé sinon le cœur ne pourrait pas être critique.
HAUT DE PAGE3.2 Chaîne de l’uranium
Dans les centrales nucléaires actuelles, c’est le plus souvent l’uranium qui est utilisé comme combustible. Le mélange des deux isotopes, 235 et 238, se transforme selon le schéma (simplifié) de la figure 4 (les fissions y sont sous-entendues). On y voit apparaître deux nucléides fissiles artificiels, le plutonium 239 et le plutonium 241.
Si l’on recycle du plutonium sur un support d’uranium, la même chaîne s’applique, mais avec une composition initiale différente.
HAUT DE PAGE3.3 Chaîne du thorium
Un autre noyau fissile artificiel est connu : l’uranium 233. Il peut être...
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