26.5. Désintégrations et réactions nucléaires
Remarque
La transmutation en isotopes stables ou à vie courte est l’une des voies étudiées pour
le devenir des déchets radioactifs à vie longue (les isotopes radioactifs à vie courte
peuvent être stockés en surface en conditions de sûreté sur une durée raisonnable).
c) Fission nucléaire
Définition : fission nucléaire
Une réaction de fission d’un nuclide lourd fissile (A > 230) par une particule (neutron
lent ou photon g en particulier) correspond à la formation d’un nuclide composé
excité qui émet quelques neutrons rapides (d’environ 2 MeV) et des photons g et se
fragmente en deux nuclides qui sont éjectés. Q ≈ 200 MeV sont libérés.
Exemples :
n (0,04 eV) +
U
235
92
→
U*
236
92
→ [ Kr
90
36
+ Ba
143
56
+ 3 n ] ou [ Sr
94
38
+ Xe
140
54
+ 2 n ] ou [ Sr
94
38
+ Xe
140
54
+ 2 n] etc ;
g(6 MeV) +
U
235
92
→
U*
235
92
→ [ Kr
90
36
+
Ba
142
56
+ 3 n ] ou [autres].
La figure 26.2 (b) montre que, par son énergie de masse et/ou par son énergie cinétique, la particule incidente doit apporter assez d’énergie pour que le nuclide composé
soit dans un état excité au dessus de la barrière de fission qui, dans l’état fondamental,
empêche l’éjection de deux fragments par fission spontanée ; l’énergie d’excitation Q e
donnée au noyau composé doit être supérieure à la hauteur E b de la barrière de fission.
Ainsi, la capture d’un neutron d’énergie cinétique négligeable permet la fission du noyau
composé dans le cas de
235 U (Q e ≈ 6,5 MeV, E b ≈ 6 MeV), mais pas dans le cas de
238 U (Q e ≈ 6 MeV, E b ≈ 7 MeV).
Figure 26.2 Désintégration a. Fission nucléaire.
À gauche : énergie d’une particule a dans le potentiel du nuclide parent. La radioactivité a
se produit si la particule a est sur un niveau d’énergie E 0 > 0 et si la barrière coulombienne
est assez étroite pour être franchie par effet tunnel. Q est l’énergie libérée et la courbe
en pointillés donne l’allure de la fonction d’onde de la particule a.
À droite : énergie du système des deux fragments en fonction de la distance entre eux lors
de la fission d’un nuclide. L’effet tunnel étant ici négligeable, les fragments ne peuvent
se séparer que si le nuclide initialement dans son état fondamental E 0 a été excité par
une énergie supérieure à la hauteur E b de la barrière. Q est l’énergie libérée.
©
Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
531
“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 531 — #541
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La transmutation en isotopes stables ou à vie courte est l’une des voies étudiées pour
le devenir des déchets radioactifs à vie longue (les isotopes radioactifs à vie courte
peuvent être stockés en surface en conditions de sûreté sur une durée raisonnable).
c) Fission nucléaire
Définition : fission nucléaire
Une réaction de fission d’un nuclide lourd fissile (A > 230) par une particule (neutron
lent ou photon g en particulier) correspond à la formation d’un nuclide composé
excité qui émet quelques neutrons rapides (d’environ 2 MeV) et des photons g et se
fragmente en deux nuclides qui sont éjectés. Q ≈ 200 MeV sont libérés.
Exemples :
n (0,04 eV) +
U
235
92
→
U*
236
92
→ [ Kr
90
36
+ Ba
143
56
+ 3 n ] ou [ Sr
94
38
+ Xe
140
54
+ 2 n ] ou [ Sr
94
38
+ Xe
140
54
+ 2 n] etc ;
g(6 MeV) +
U
235
92
→
U*
235
92
→ [ Kr
90
36
+
Ba
142
56
+ 3 n ] ou [autres].
La figure 26.2 (b) montre que, par son énergie de masse et/ou par son énergie cinétique, la particule incidente doit apporter assez d’énergie pour que le nuclide composé
soit dans un état excité au dessus de la barrière de fission qui, dans l’état fondamental,
empêche l’éjection de deux fragments par fission spontanée ; l’énergie d’excitation Q e
donnée au noyau composé doit être supérieure à la hauteur E b de la barrière de fission.
Ainsi, la capture d’un neutron d’énergie cinétique négligeable permet la fission du noyau
composé dans le cas de
235 U (Q e ≈ 6,5 MeV, E b ≈ 6 MeV), mais pas dans le cas de
238 U (Q e ≈ 6 MeV, E b ≈ 7 MeV).
Figure 26.2 Désintégration a. Fission nucléaire.
À gauche : énergie d’une particule a dans le potentiel du nuclide parent. La radioactivité a
se produit si la particule a est sur un niveau d’énergie E 0 > 0 et si la barrière coulombienne
est assez étroite pour être franchie par effet tunnel. Q est l’énergie libérée et la courbe
en pointillés donne l’allure de la fonction d’onde de la particule a.
À droite : énergie du système des deux fragments en fonction de la distance entre eux lors
de la fission d’un nuclide. L’effet tunnel étant ici négligeable, les fragments ne peuvent
se séparer que si le nuclide initialement dans son état fondamental E 0 a été excité par
une énergie supérieure à la hauteur E b de la barrière. Q est l’énergie libérée.
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Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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