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RÉSUMÉ
La connaissance des réactions nucléaires est indispensable pour appréhender, par des modélisations physico-mathématiques appropriées, la physique d’un réacteur nucléaire ainsi que l’ensemble des phénomènes nucléaires associés au cycle du combustible. Les réactions nucléaires jouent également un rôle crucial dans la détermination des termes sources dont la connaissance est requise pour les études de radioprotection. On décrit en premier lieu les caractéristiques générales des réactions nucléaires induites par des neutrons dans le domaine d’énergie 0-20 MeV : phénoménologie, énergétique, sections efficaces. Une deuxième partie traite de réactions nucléaires particulières,. Enfin, un bref aperçu est donné sur les réactions de fusion thermonucléaire et les réactions de spallation.
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Cheikh M’Backé DIOP : Ingénieur-chercheur - Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, CEA/Saclay, France
INTRODUCTION
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 pour provoquer, par exemple, 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 celles-ci varie d’une espèce d’isotope cible à une autre. Dans un réacteur, elles 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 article 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 de l’article Physique des réacteurs – Les bases de la physique nucléaire [BN 3 010] 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 à l’article Physique des réacteurs – Traitement des données nucléaires [BN 3 012] qui -complète [BN 3 010] et le présent article, par une présentation de grandes bases de données nucléaires internationales, appelées évaluations par les spécialistes, ainsi que par celle du mode de traitement de ces évaluations afin qu’elles puissent être utilisables soit directement, soit à travers les codes de calcul développés dans le domaine de la physique des réacteurs nucléaires.
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- Version archivée 1 de juil. 2006 par Cheikh M’Backé DIOP
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Formation du tritium et du carbone14
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5. Fission
La fission d’un noyau atomique « lourd » (c’est-à-dire de nombre de masse A élevé) provoquée par l’interaction avec un neutron a été découverte en 1938 par Hahn et Strassman d’un côté et Joliot et Frisch de l’autre. Elle consiste en une fragmentation du noyau composé, le plus souvent en deux entités, plus rarement en trois (fission ternaire), s’accompagnant d’une émission de neutrons et de gamma. Les entités résultantes sont appelées produits de -fission (PF) et sont en général des noyaux radioactifs qui se désintègrent par des transitions β et/ou capture électronique (β–, β+, CE, émission de neutrons…) pour rejoindre la vallée de stabilité. Ces transitions radioactives sont elles-mêmes accompagnées d’émission de gamma et de neutrinos ou d’antineutrinos.
La première interprétation théorique de la fission est due à Bohr et Wheeler en 1939 . Elle s’appuie sur le modèle de la goutte liquide. D’autres modèles sont venus compléter la description du processus de fission au plan théorique. L’encadré 3 indique différents types de processus de fission. Dans cet encadré et dans la suite le symbole A représente le nombre de masse et Z le numéro atomique, ces deux symboles étant parfois indicés.
• Fission spontanée
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BLATT (J.M.), WEISSKOPF (V.F.) - Theoritical nuclear physics. - New York, John Wiley and Sons (1952).
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(2) - MEYERHOF (W.E.) - Éléments de physique nucléaire. - Dunod, Paris (1970).
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(3) - REUSS (P.) - Précis de neutronique. - EDP Sciences, Collection Génie Atomique, Paris, p. 461-467 (2003).
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(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 Nuclear Display Program, AEN/OCDE (1994) http://www.nea.fr/janis
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(5) - VALENTIN (L.) - Physique subatomique : noyaux et particules. - Hermann, Paris (1975).
-
(6) - McLANE (V.), DUNFORD (C.L.), ROSE (P.E.) - Neutron Cross Sections. - Neutron Cross Section Curves, Academic Press, Inc., New York,...
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