La Fission Nucléaire

1) Un phénomène provoqué

La fission est provoquée par la capture d'un neutron

La fission spontanée est un phénomène extrêmement rare. Par exemple, pour un noyau comme l'uranium-238 la fission spontanée n'intervient qu'une fois sur 2 millions de désintégrations.

La fission est bien plus souvent provoquée par la capture d'un neutron dans un petit nombre de noyaux très lourds, appelés fissiles, fragilisés par un trop grand nombre de nucléons. Ces noyaux très volumineux se scindent alors en noyaux plus stables, libérant de l'énergie.

Le seul noyau fissile naturel est un isotope de l'uranium (U-235), présent en faible proportion (0,7 %) dans les minerais d'uranium. Il existe d'autres noyaux fissiles, mais il faut les produire dans les réacteurs. Il s'agit principalement du plutonium-239 (généré à partir de l'uranium-238) et de l'uranium-233 (généré à partir du thorium-232).

L'arrivée d'un neutron « intrus » de faible énergie dans un noyau fissile génère une excitation qui suffit pour déclencher la fission. Le noyau se déforme, puis se scinde en deux fragments le plus souvent de taille inégale. L’explosion est accompagnée de l'émission de neutrons qui sont à l'origine de futures fissions.

La fission nucléaire a été découverte en 1938 par Otto Hahn et Lise Meitner, à la veille de la seconde guerre mondiale.

La réaction en chaîne

Deux à trois neutrons accompagnent en moyenne les produits de fission. Si un de ces neutrons secondaires est absorbé par un noyau fissile, il peut y déclencher une seconde fission, source de nouveaux neutrons. C'est le principe de la réaction en chaîne.

Principe de la réaction en chaîne

A la suite de la capture d’un neutron, un noyau fissile d’uranium-235 ou de plutonium-239 a subi une fission. Plusieurs neutrons accompagnent les produits de fission. Dans le cœur d’un réacteur les noyaux fissiles ne dépassent pas les 4 % et donc beaucoup de neutrons se perdent en route, le nombre de neutrons entretenant la fission est exactement 1 et la réaction en chaîne s’entretient sans se développer.

Le plutonium-239 est le noyau qui produit le plus de neutrons secondaires : 2,91 en moyenne par fission. L'uranium-235 en produit 2,47. Le nombre de neutrons disponibles pour de nouvelles fissions dépend de l'abondance des noyaux fissiles et des pertes dues aux neutrons qui quittent le cœur du réacteur ou sont piégés par d'autres noyaux.

Quand le nombre de neutrons « relayeurs » devient supérieur à un, une réaction en chaîne se développe d'une manière explosive. La fission ne concerne plus des noyaux individuels mais une fraction importante de la matière fissile. Les énergies mises en jeu dans les phénomènes nucléaires étant des dizaines de millions de fois celles des phénomènes chimiques, l'explosion dégage une énergie énorme à l'échelle humaine.

Les centrales fonctionnent avec un uranium enrichi à 3,5 % en U-235 fissile. Pour que la réaction en

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