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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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The knowledge of nuclear reactions is required to understand and model the physics of a nuclear reactor and the whole nuclear phenomena related to the fuel cycle. The nuclear reactions play a crucial role to determine the source terms needed for radiation shielding studies as well. In the first part, one describes the general characteristics of the nuclear reactions induced by neutrons in the energy range 0-20 MeV : phenomenology, energetics, cross sections. A second section is devoted to particular nuclear reactions, peculiarly those producing neutrons. Finally, an overview on thermonuclear fusion and spallation reactions is given.
Auteur(s)
-
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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KEYWORDS
neutronics | core physics | radiation shielding | cross sections | fission
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2006 par Cheikh M’Backé DIOP
DOI (Digital Object Identifier)
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Réactions (α, n), de fusion thermonucléaire et de spallation
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6. Formation du tritium et du carbone14
6.1 Formation du tritium
Cet élément possède plusieurs voies de formation dans un réacteur nucléaire à eau sous pression (REP). Les principales sont la fission et les réactions nucléaires induites par les neutrons sur les composés borés et lithiés présents (barres de contrôle, par exemple) :
-
10B (n, 2α) 3H ;
-
6Li (n, α) 3H ;
-
7Li (n, nα) 3H ;
-
11B (n, 9Be) 3H ;
-
fission ternaire directe (rendement ~ 10–4 atome par fission) ;
-
formation par fission ternaire du 6He → 6Li → 3H par réaction (n, α) sur 6Li.
Dans un réacteur modéré au graphite (UNGG, AGR), il y a formation de tritium dans le modérateur en graphite à partir des impuretés de lithium présentes.
HAUT DE PAGE6.2 Formation du carbone 14
Les voies principales de formation du carbone 14 sont les suivantes :
-
fission ternaire (rendement ~ 0,9 × 10–6 atome par fission) ;
-
13C (n, γ) 14C ;
-
17O (n, α) 14C ;
-
14N (n, p) 14C.
Les réactions 17O (n, α) 14C et 14N (n, p) 14C ont lieu dans le combustible ainsi que dans les gaines et les embouts qui contiennent des impuretés en azote 14 (quelques dizaines à quelques centaines de ppm).
Dans un réacteur de la filière UNGG, le carbone 14 se forme dans l’empilement graphite via la réaction de capture radiative sur le carbone 13 : 13C (n, γ)14C.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BLATT (J.M.), WEISSKOPF (V.F.) - Theoritical nuclear physics. - New York, John Wiley and Sons (1952).
-
(2) - MEYERHOF (W.E.) - Éléments de physique nucléaire. - Dunod, Paris (1970).
-
(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...
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