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3. Réactions nucléaires provoquées ; fission
3.1 Aspect énergétique
Une des réactions de fission possibles de
235
92 U s’écrit :
n 1
235
92 U →
139
54 Xe 1
94
38 Sr 1 kn
où k est un nombre entier ; combien vaut k ? La section efficace de fission de
235
92 U dépend
très fortement de l’énergie du neutron incident et présente des valeurs très élevées lorsque
cette énergie se situe dans la gamme [0,002 eV; 0,5 eV]. Ceci est valable pour l’ensemble
des réactions de fission possibles. Justifier la raison pour laquelle de tels neutrons sont
appelés « neutrons thermiques ». Calculer l’énergie libérée lors de la réaction ci-dessus
par noyau d’uranium. Commenter. Pourquoi les fragments primaires sont-ils radioactifs ?
Quel est le type de radioactivité associée ?
L’énergie libérée par l’ensemble des fissions se répartit statistiquement de la manière
suivante :
85 % : énergie cinétique des fragments primaires (ici xénon et strontium)
8 % : désintégrations radioactives et désexcitations g
2,5 % : énergie cinétique des neutrons prompts (immédiatement émis)
4,5 % : énergie des neutrinos.
Quelle serait l’ordre de grandeur de l’énergie cinétique moyenne (par neutron) des neutrons prompts émis par la réaction de fission ci-dessus ? Sont-ils relativistes ? Commenter.
3.2 L’effet Xénon (Cinétique des réactions nucléaires)
Dans un réacteur à eau pressurisée (en anglais Pressurized Water Reactor, P.W.R), le flux
de neutrons thermiques f a une valeur très élevée : f ≈ 10
13 neutrons.cm
-2 .s
-1 .
Parmi les nombreux produits de la fission nucléaire, on s’intéresse à la chaîne impliquant
les noyaux
135
52 Te,
135
53 I,
135
54 Xe.
3.2.a. Il se trouve que
135
54 Xe a une section efficace de capture des neutrons très élevée.
Écrire la réaction nucléaire induite par la capture d’un neutron. Le nucléide obtenu est
stable.
3.2.b. On donne les périodes des noyaux associés aux réactions nucléaires spontanées
impliquant
135
54 Xe :
135
52 Te
19 s
→
135
53 I
6,6 h
→
135
54 Xe
9,1 h
→
135
55 Cs
2.10 6 ans
→
135
56 Ba
stable
En régime permanent,
135
54 Xe est produit par fission de l’uranium et par désintégration de
l’iode 135. Il disparaît par capture neutronique et par désintégration en césium 135. Le
nombre x d’atomes
135
54 Xe par unité de volume est sensiblement constant. On notera y le
nombre d’atomes
135
53 I par unité de volume.
À t = 0, on arrête brusquement le réacteur en abaissant les barres de commande, et le flux
neutronique s’annule.
On notera l I la constante radioactive de l’iode (probabilité de désintégration par unité de
temps) et l X celle du xénon. En négligeant l’influence de
135
52 Te, (et en considérant
135
55 Cs
9. PHYSIQUE MODERNE
719
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3. Réactions nucléaires provoquées ; fission
3.1 Aspect énergétique
Une des réactions de fission possibles de
235
92 U s’écrit :
n 1
235
92 U →
139
54 Xe 1
94
38 Sr 1 kn
où k est un nombre entier ; combien vaut k ? La section efficace de fission de
235
92 U dépend
très fortement de l’énergie du neutron incident et présente des valeurs très élevées lorsque
cette énergie se situe dans la gamme [0,002 eV; 0,5 eV]. Ceci est valable pour l’ensemble
des réactions de fission possibles. Justifier la raison pour laquelle de tels neutrons sont
appelés « neutrons thermiques ». Calculer l’énergie libérée lors de la réaction ci-dessus
par noyau d’uranium. Commenter. Pourquoi les fragments primaires sont-ils radioactifs ?
Quel est le type de radioactivité associée ?
L’énergie libérée par l’ensemble des fissions se répartit statistiquement de la manière
suivante :
85 % : énergie cinétique des fragments primaires (ici xénon et strontium)
8 % : désintégrations radioactives et désexcitations g
2,5 % : énergie cinétique des neutrons prompts (immédiatement émis)
4,5 % : énergie des neutrinos.
Quelle serait l’ordre de grandeur de l’énergie cinétique moyenne (par neutron) des neutrons prompts émis par la réaction de fission ci-dessus ? Sont-ils relativistes ? Commenter.
3.2 L’effet Xénon (Cinétique des réactions nucléaires)
Dans un réacteur à eau pressurisée (en anglais Pressurized Water Reactor, P.W.R), le flux
de neutrons thermiques f a une valeur très élevée : f ≈ 10
13 neutrons.cm
-2 .s
-1 .
Parmi les nombreux produits de la fission nucléaire, on s’intéresse à la chaîne impliquant
les noyaux
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52 Te,
135
53 I,
135
54 Xe.
3.2.a. Il se trouve que
135
54 Xe a une section efficace de capture des neutrons très élevée.
Écrire la réaction nucléaire induite par la capture d’un neutron. Le nucléide obtenu est
stable.
3.2.b. On donne les périodes des noyaux associés aux réactions nucléaires spontanées
impliquant
135
54 Xe :
135
52 Te
19 s
→
135
53 I
6,6 h
→
135
54 Xe
9,1 h
→
135
55 Cs
2.10 6 ans
→
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56 Ba
stable
En régime permanent,
135
54 Xe est produit par fission de l’uranium et par désintégration de
l’iode 135. Il disparaît par capture neutronique et par désintégration en césium 135. Le
nombre x d’atomes
135
54 Xe par unité de volume est sensiblement constant. On notera y le
nombre d’atomes
135
53 I par unité de volume.
À t = 0, on arrête brusquement le réacteur en abaissant les barres de commande, et le flux
neutronique s’annule.
On notera l I la constante radioactive de l’iode (probabilité de désintégration par unité de
temps) et l X celle du xénon. En négligeant l’influence de
135
52 Te, (et en considérant
135
55 Cs
9. PHYSIQUE MODERNE
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