2 - Concepts de base
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Du fait de l’existence de niveaux d’excitation possibles du noyau, cette interaction n’est
possible que si l’énergie cinétique du neutron est supérieure au premier niveau énergétique du noyau cible. Si l’énergie cinétique du neutron incident est suffisante, plusieurs
voies correspondant aux différents niveaux d’excitation sont possibles.
Dans tous les cas, le noyau cible subit un recul et l’énergie fournie par le neutron est
partagée entre énergie d’excitation du noyau et énergie cinétique de celui-ci, l’énergie
seuil de la réaction n’est donc pas E* min mais E* min .(A+1)/A, l’énergie emportée par le
noyau cible sous forme d’énergie de recul étant E n /(A +1).
La désexcitation du noyau se fera :
– par l’émission de photons (éventuellement plusieurs en cascade) dont l’énergie (ou
la somme des énergies) sera égale à la différence d’énergie entre l’état excité et l’état
fondamental ;
– par l’émission d’électrons ou par conversion interne.
Ce sera l’interaction privilégiée pour les neutrons rapides dans les matériaux lourds.
Capture radiative
Le neutron est capturé par le noyau qui se retrouve à un état énergétique supérieur à son
état fondamental, le supplément d’énergie sera alors émis sous forme de photons (ou par
phénomène de conversion interne). Si le noyau obtenu est radioactif, on dit qu’il y a eu
activation. Très souvent le type de radioactivité consécutif sera l’émission β
– puisque le
rapport du nombre de neutrons sur le nombre de protons aura augmenté, conduisant à un
excès de neutrons.
Exemple : L’énergie d’excitation lors de la capture radiative par
23 Na est de 6,4 MeV.
Capture non radiative
Lors de la réaction de capture, l’énergie d’excitation peut servir à extraire un certain
nombre de particules du noyau, sous réserve que l’énergie soit suffisamment importante.
Ces particules pourront être des particules chargées ou des neutrons.
• Émission de neutrons
On se retrouvera plus dans le cas de la diffusion inélastique, où le neutron est réémis
immédiatement et, si l’énergie est encore suffisante après cette première phase, l’arrachement d’un autre neutron. On la note :
ou
Cette réaction présente un seuil, puisqu’il est nécessaire de fournir un travail pour extraire
un des neutrons.
Les deux exemples ci-dessous donnent les valeurs extrêmes des énergies seuil, pour la
réaction (n, 2n) :
avec
avec
Ce type de réaction peut être utilisé pour faire la dosimétrie des neutrons très rapides en
cas d’accident de criticité.
X
A
Z n 2n
,
(
)
X
A 1
Ϫ
Z
X
A
Z n 3n
,
(
)
X
A 2
Ϫ
Z
9
4
Be n 2n
,
(
)
8
4
Be
E n seuil
1 85 MeV
,
ϭ
4
2
He n 2n
,
(
)
3
2
He
E n seuil
25 72 MeV
,
ϭ
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Du fait de l’existence de niveaux d’excitation possibles du noyau, cette interaction n’est
possible que si l’énergie cinétique du neutron est supérieure au premier niveau énergétique du noyau cible. Si l’énergie cinétique du neutron incident est suffisante, plusieurs
voies correspondant aux différents niveaux d’excitation sont possibles.
Dans tous les cas, le noyau cible subit un recul et l’énergie fournie par le neutron est
partagée entre énergie d’excitation du noyau et énergie cinétique de celui-ci, l’énergie
seuil de la réaction n’est donc pas E* min mais E* min .(A+1)/A, l’énergie emportée par le
noyau cible sous forme d’énergie de recul étant E n /(A +1).
La désexcitation du noyau se fera :
– par l’émission de photons (éventuellement plusieurs en cascade) dont l’énergie (ou
la somme des énergies) sera égale à la différence d’énergie entre l’état excité et l’état
fondamental ;
– par l’émission d’électrons ou par conversion interne.
Ce sera l’interaction privilégiée pour les neutrons rapides dans les matériaux lourds.
Capture radiative
Le neutron est capturé par le noyau qui se retrouve à un état énergétique supérieur à son
état fondamental, le supplément d’énergie sera alors émis sous forme de photons (ou par
phénomène de conversion interne). Si le noyau obtenu est radioactif, on dit qu’il y a eu
activation. Très souvent le type de radioactivité consécutif sera l’émission β
– puisque le
rapport du nombre de neutrons sur le nombre de protons aura augmenté, conduisant à un
excès de neutrons.
Exemple : L’énergie d’excitation lors de la capture radiative par
23 Na est de 6,4 MeV.
Capture non radiative
Lors de la réaction de capture, l’énergie d’excitation peut servir à extraire un certain
nombre de particules du noyau, sous réserve que l’énergie soit suffisamment importante.
Ces particules pourront être des particules chargées ou des neutrons.
• Émission de neutrons
On se retrouvera plus dans le cas de la diffusion inélastique, où le neutron est réémis
immédiatement et, si l’énergie est encore suffisante après cette première phase, l’arrachement d’un autre neutron. On la note :
ou
Cette réaction présente un seuil, puisqu’il est nécessaire de fournir un travail pour extraire
un des neutrons.
Les deux exemples ci-dessous donnent les valeurs extrêmes des énergies seuil, pour la
réaction (n, 2n) :
avec
avec
Ce type de réaction peut être utilisé pour faire la dosimétrie des neutrons très rapides en
cas d’accident de criticité.
X
A
Z n 2n
,
(
)
X
A 1
Ϫ
Z
X
A
Z n 3n
,
(
)
X
A 2
Ϫ
Z
9
4
Be n 2n
,
(
)
8
4
Be
E n seuil
1 85 MeV
,
ϭ
4
2
He n 2n
,
(
)
3
2
He
E n seuil
25 72 MeV
,
ϭ