la source des neutrons

[invite555ad96c]

Bonjour,

J'aimerais qu'on m'explique, s'il vous plait, la source des neutrons utilisée dans une centrale nucléaire de fission ( génération 2 et 3) , et à quelle vitesse on injecte ce neutron pour casser un isotope d'uranium fissile ?

Aussi , pour les réacteurs de 4ème génération , dits à neutron rapide , je sais qu'on utilise des isotopes fertile ,et je voulais comprendre comment on transforme cet isotope (fertile) et à un isotope fissile afin d'exploiter l’énergie dégagée lors de la fission ?

Merci à vous
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[moco]

L'Uranium-235 émet spontanément des neutrons, mais c'est un phénomène des milliers de fois moins probable que la radioactivité naturelle. Cela suffit pour enclencher la fission entretenue dans une centrale qui contient de l'Uranium avec une grande proportion d'Uranium-235. Dans l'Uranium naturel, où il y a très peu d'Uranium-235, ces neutrons se perdent, et sont captés par d'autres atomes, sans produire de fission. Ce qui complique, c'est qu'il faut ralentir ces neutrons naturels. Les neutrons naturels sont émis avec une grande vitesse. Et l'expérience montre que, pour qu'un neutron produise la fission de U-235, il faut qu'ils soient ralentis, et énormément ralentis. Dans une centrale, comme dans une bombe atomique, on ralentit ces neutrons en les faisant rebondir un grand nombre de fois contre des atomes légers comme les atomes d'hydrogène de l'eau (ou le carbone du graphite).

[molecule10]

Bonsoir moco : suite à votre réponse sur l'uranium -235 fissile , quand intervient la masse critique ? merci pour votre réponse et bonnes salutations.

[invite555ad96c]

Merci moco pour votre réponse rapide. Je croyais que dans une centrale nucléaire ,on utilise un outil ou quelque chose, pour générer le premier neutron pour démarrer la fission. Y-a t-il pas d'autres moyens pour produire des neutrons ?

Et pour ma deuxième question , savez vous comment passer de l'U-238 (fertile) au Pu-239 (fissile) ? Est ce que ce sont des réactions chimiques qui se font naturellement ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

Quand on dispose d'Uranium-235 enrichi à plus de 5%, on observe que les neutrons spontanés créés se perdent. Mais ils peuvent être ralentis par un manteau de graphite ou d'eau, et créer de nouvelles fissions. Chaque fission crée en gros 3 neutrons. S'il y a moins de 5% U-235, ces neutrons se perdent. S'il y a plus de 5% U-235, seuls 2 sur 3 se perdent, et le neutron restant peut créer une nouvelle fission, produire trois neutrons rapides, qu'on ralentit. Deux se perdent et le 3ème entretient la réaction en chaîne. Cela continue jusqu'à épuisement de l'Uranium-235. Comme chaque fission dégage de la chaleur, l'eau bout et la vapeur entraîne des turbines, ce qui produit de l'électricité.
Mais si on fait cette même opération avec de l'Uranium enrichi en Uranium-235 à plus de 5%, la réaction s'accélère. Sur les 3 neutrons créés, il y en plus de 1 qui produit une nouvelle fission. Avec de l'Uranium-235 presque pur, toujours entouré d'eau ou de graphite, la réaction diverge. L'Uranium s'échauffe, fond et bout et détruit le récipient où on fait l'expérience. Mais si on dispose de plus de 12 kg, qui est la masse critique, c'est pire. La chaleur produite dans l'Uranium n'a pas le temps de s'évacuer à l'extérieur à travers la masse d'Uranium. Il se produit une sorte de phénomène d'onde de choc : Le coeur de la bombe est porté à des températures de plusieurs millions de degrés en une fraction de seconde. Cela détruit les atomes, et produit un plasma de noyaux et d'électrons qui explose en détruisant le malheureux labo où on effectue cet essai, et la ville aux alentours. C'est la bombe atomique qui détruisit Hiroshima en août 1945.

Ta 2ème question découle de la première. Chaque fission produite dans l'Uranium enrichi à 5% en U-235 produit 3 neutrons. Un seul entretient la réaction en chaîne. Les deux autres sortent du récipient, ou sont captés par l'Uranium-238, qu'ils soient rapides ou lents. Ils forment alors de l'Uranium-239, qui lui est un atome radioactif de type béta. Peu à peu, en quelques mois, si je me rappelle bien, ces noyaux voient un de leurs neutrons se transformer en proton avec émission d'un électron béta. Donc peu à peu ils voient leurs noyaux contenir davantage de protons (et moins de neutrons). Ils se transforment ainsi en Neptunium-239, puis en Plutonium-239. Et ce plutonium-239 possède la même propriété que l'Uranium-235 : il est fissile. Heurté par un neutron lent, il se casse en émettant trois neutrons. On peut faire une bombe atomique avec du plutonium. C'est celle qui fut larguée sur nagasaki en 1945.Et cette bombe possède l'avantage d'avoir une masse critique plus petite : 5 kg seulement. On peut la mettre à l'extrémité d'un obus de guerre, ce qui n'est pas le cas des bombes à U-235.

[molecule10]

Bonjour moco : merci pour ta solide réponse mais il me semble que la fission du Pu-239 demande des neutrons rapides d'ou l'expression surgénération . La surgénération est un procédé très dangereux ( Na liquide etc...) et

d'ou le blocage de la filière des surgénérateurs ! Merci et bonnes salutations.

[Amanuensis]

Ils forment alors de l'Uranium-239, qui lui est un atome radioactif de type béta. Peu à peu, en quelques mois, si je me rappelle bien, ces noyaux voient un de leurs neutrons se transformer en proton avec émission d'un électron béta. Donc peu à peu ils voient leurs noyaux contenir davantage de protons (et moins de neutrons). Ils se transforment ainsi en Neptunium-239,

La transmutation en Np239 est immédiate, il me semble. C'est le passage Np239 -> Pu239 qui est long (demi-vie de 2.4 jours).

[Amanuensis]

Bonjour moco : merci pour ta solide réponse mais il me semble que la fission du Pu-239 demande des neutrons rapides d'ou l'expression surgénération .

Pas de différence pour les neutrons qui déclenchent une fission. L'expression surgénération vient de ce qu'une fission "fabrique" (par capture d'un neutron rapide par un atome "fertile", U238 ou Th232 par exemple) statistiquement plus d'un atome fissile. Le réacteur produit plus d'atomes fissiles qu'il n'en consomme !

Les méthodes sont modifiées non pas à cause du plutonium, mais pour optimiser le taux de conversion fertile -> fissile.

[invite555ad96c]

Merci beaucoup pour vos réponses.

J'ai une dernière question concernant la formule E = m.c2 . J'avais un problème de compréhension avec le c2 , je croyais qu'il faut multiplier la vitesse de la lumière par 2 afin de transformer une partie de la masse en énergie. Et c'était ça la cause qui m'a poussé à poser la question sur la source de neutron , qui, pour moi , doit être accéléré (un neutron) à une grande vitesse pour qu'il puisse briser l'atome de l'U-235.

Je ne vois pas clairement le lien entre E = m.c2 et la fission nucléaire , qui ne nécessite pas une très grande vitesse pour exploiter une partie de la masse en énergie ! je pense , que la vitesse de la lumière (c) a un lien direct avec la fusion nucléaire , lorsqu'on utilise la technologie d’accélérateur de particules pour fusionner deux atomes légers , c'est ça ? Pouvez vous m’éclairer ces points SVP.

[ArtAttack]

Là tu rentres dans le domaine de la physique pure et peut-être vaudrait-il mieux poster dans le forum physique aussi.

[moco]

Disons tout d'abord que le 2 de mc2 est un exposant. Il faut le comprendre en disant que tu multiplies la masse par le carré de la vitesse de la lumière.

Ceci dit, il semble que tu n'aies pas bien compris l'usage de cette formule. Elle n'a rien à voir avec la vitesse des particules. Elle s'utilise dans un autre cas de figure.
Par exemple, si tu pèse l'atome d'uranium et le neutron initial, d'une part. Et si tu pèses les fragments de la fission du dit uranium d'autre part, tu verras que la masse n'est pas tout à fait conservée. Les fragments de fission + les 3 neutrons pèsent un peu moins que l'uranium initial. C'est très surprenant. Selon la théorie d'Einstein (1905), la différence de masse est transformée en énergie, et cette énergie libérée par la fission se calcule en multipliant la perte de masse par le carré de la vitesse de la lumière. Et, en effet, on a vérifié en 1945 que l'énergie libérée par la fission se calcule très exactement en appliquant cette formule.

[ArtAttack]

... sans rentrer dans le fait que cette équation est un plagia de M. Einstein, qui à une constante près, a copié un modèle existant ...

[dragounet]

Ben dis donc moco, tes réponses sont super claires et simples.

Tu es très doué pour la vulgarisation, j’eusse aimé avoir un prof comme toi lors de mes études.

[invite555ad96c]

Merci pour vos réponses.

Derrière chaque réponse il y a un grand savoir

Vraiment pour être clair , il faut bien comprendre . Et pour être simple , il faut beaucoup apprendre.