Nucléaire : section efficace de fission en fonction de l'énergie du neutron

[julien_4230]

Bonjour.

Je ne comprends pas très bien ce graphique.

En fait, pourquoi la zone de fission est-elle là, pour l'uranium 235 ?
Que représente la zone de résonance ?

Merci !
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[invite3c68aec2]

Je ne vois pas pourquoi la zone de fission est placés aux hautes énergies. En réalité la fission est souvent induite par des neutrons thermiques (basse énergie de l'ordre de 0.025 eV). Le seul cas où on peut observer des fissions induites par des neutrons rapides est celui de la bombe A.
La zone de résonance provient de l'excitation de certains niveaux quantiques. En général, pour modéliser ce phénomène, on utilise un couplage entre un état avec des niveaux d'énergie continue (typiquement une onde plane) et un état d'energie discret (un état excité).

edit : j'avais mal regardé la graduation des axes. La zone de fission est bien placée (zone thermique) mais par contre il me semble bizarre d'observer des résonnances à si basse énergie. En général, celles-ci se trouvent dans la zone épithermale (zone intermédiaire entre neutrons rapides et thermiques). D'où vient ce plot? Est-ce que c'est issu d'un document sérieux ou d'un document de vulgarisation?
Je rajouterai que l'allure de la courbe ne me semble pas bonne; la section efficace de fission à basse énergie évolue comme 1/E et elle est censée être constante à haute énergie (>qq MeV). Cette courbe ne respecte pas du tout cette allure.

[invite3c68aec2]

Désolé du double post. Voici un lien qui montre le plot de l'évolution de la section efficace du Pu239 en fonction de l'énergie du neutron :
http://lpsc.in2p3.fr/gpr/images/sigma_fc-pu9.gif

[pepejy]

Bonjour.

Je ne comprends pas très bien ce graphique.

En fait, pourquoi la zone de fission est-elle là, pour l'uranium 235 ?
Que représente la zone de résonance ?

Merci !

Bonjour,

votre graphique ne correspond pas au mien, je pense qu'il est faux. L'échelle d'énergie du neutron incident est mal placée!!

La zone de fission n'est pas celle indiquée. Il faut bien comprendre ce que représente la section efficace. C'est la probabilité que la fission ait lieu. Donc plus la section efficace est élevé plus la fission a de chance de se produire. Je vous laisse conclure sur votre zone de fission sur votre graphe.
la zone la plus favorable est celle des neutrons dit thermiques, d'énergie équivalente (à peu de choses près à celle d'agitation thermique) soit autour de 0,025 eV

En ce qui concerne les résonances, ce sont des valeurs de l'énergie du neutron pour lesquelles on a une forte augmentation de la section efficace. Ces résonances sont liées à la structure en niveaux des états excités du noyau composé et dues à l'absorption du neutron incident.

Voilà pour le premier jet

Les résonnances correspondent à des énergie

[A voir en vidéo sur Futura]

[julien_4230]

Tous vos commentaires m'ont été très précieux. Merci beaucoup.

Ce graphique est ien effet faux.... Cela me paraît bien plus logique ! Auriez-vous ce graphique pour l'Uranium 235 s'il vous plaît (si possible en anglais) ? Je prépare un exposé sur l'énergie nucléaire, et je m'occupe de la centrale nucléaire. Je pense parler de l'Uranium 235 principalement, car plus accessible (qu'en pensez-vous ?). Il me faut ce graphe pour expliquer pourquoi on utilise justement l'uranium 235.

Merci !

[invite3c68aec2]

Petit plot qui récapitule les sections efficaces de fissions induites par neutron :
http://lpsc.in2p3.fr/gpr/PPNPport/img39.gif

Tu observeras qu'on a bien quelque chose en 1/E jusqu'à environ 1 MeV et constant après. C'est assez contre intuitif au départ mais c'est du à l'étalement du paquet d'onde. A basse énergie, le paquet est très étalé et du coup il peut interagir avec des atomes de U235 assez "lointain" alors qu'il est très piqué aux hautes énergies et le neutron se comporte alors quasiment comme une particule ponctuelle.
Si tu fais un exposé sur les réacteurs nucléaires, c'est la zone entre 1MeV et 0.025eV qui t'intéresse et les fissions se produisent majoritairement dans la zone autour de 0.025eV.
Il faut quand même préciser que c'est juste du à la géométrie du réacteur et que ce n'est pas l'unique possibilité pour faire fissioner un atome. Dans une bombe A par exemple, la zone de fission se trouve autour de 1 MeV

[julien_4230]

Tu observeras qu'on a bien quelque chose en 1/E jusqu'à environ 1 MeV et constant après. C'est assez contre intuitif au départ mais c'est du à l'étalement du paquet d'onde. A basse énergie, le paquet est très étalé et du coup il peut interagir avec des atomes de U235 assez "lointain" alors qu'il est très piqué aux hautes énergies et le neutron se comporte alors quasiment comme une particule ponctuelle.

Ah ! C'est génial ! Merci beaucoup !! Mais je n'ai pas bien saisi ce que vous dîtes : quelque chose en 1/E, comment ça ?
Pouvez-vous expliquer pourquoi le paquet d'onde s'étale ? Le paquet d'onde lié au neutron ?
Pourquoi le neutron se comporte-t-il comme une particule ponctuelle ?

Merci !

J'ai enfin une dernière question : pourquoi utilise-t-on plus l'Uranium 235 en dépis du plutonium?

[invite3c68aec2]

En fait le 1/E pour l'évolution de la section efficace aux faibles énergies peut se démontrer mais c'est un peu calculatoire. Je veux juste par là que :
- aux faibles énergies (<1MeV), l'évolution de la section efficace de fission induite par neutron est proportionnel à 1/E où E est l'énerie du neutron incident. C'est en effet du au paquet d'onde du neutron qui s'étale de plus en plus aux basses énergies (il suffit par exemple de regarder l'inégalité d'Heisenberg). Comme le paquet d'onde est "plus large", il peut interagir avec des atomes qui se situent assez loin du pic de probabilité de présence.
- aux grandes énergies, le paquet d'onde devient très piqué au voisinage d'une valeur dans l'espace et on peut quasi le considérer comme ponctuel. La section efficace a alors un comportement "classique" (pour faire une analogie vaseuse , ca revient a calculer la section efficace d'impact, d'une bille qu'on lance dans un nuage de bille). Du coup la section efficace ne dépend plus de l'énergie du neutron.

Pour l'uranium et le Pu, c'est très simple. Le Pu se désintègre assez rapidement (quelques milliers d'années), ce qui fait qu'on en trouve pas à l'état naturel sur terre. ALors que l'uranium 235 met beaucoup plus de temps à se désintégrer on en trouve donc encore en quantité acceptable (0,7% dans le minerai d'U naturel).

[pepejy]

Tout à fait d'accord avec Mythe, d'autant que l'uranium 235 est le seul élément fissible existant à l'état naturel!!

[KLOUG]

Bonsoir

Intéressante discussion qui tourne autour des réacteurs à eau préssurisés ou des réacteurs utlisant des neutrons thermiques pour faire de la fission (graphique effectivement érroné).

Avec un ou deux petits commentaires quand même (un petit coucou à Pepejy).

La remarque de julien_4230
J'ai enfin une dernière question : pourquoi utilise-t-on plus l'Uranium 235 en dépit du plutonium?
est intéressante car (et plusieurs l'ont dit fort justement ) :
même si on ne trouve pas de plutonium à l'état naturel, dans le cadre du fonctionnement des réacteurs il y a création de plutonium 239 (venant de l'uranium 238) dont une partie d'ailleurs subit la fission.
On fait d'ailleurs du combustible mixte (MOX) uranium et plutonium dont les asemblages équipent actuellement une vingtaine de réacteurs sur le parc EDF.
Donc : Si, on utilise le plutonium. Il vient du retraitement du combustible.

Bonne contiunation
KLOUG

[julien_4230]

C'est intéressant ça, il y a donc transformation de l'U 238 en Pu 239 par réaction nucléaire Bêta - au sein du réacteur ? Ce qui amène aussi du Pu comme étant le combustible nucléaire.
Finalement on a plusieurs combustibles pour un, à l'origine. Mais la réaction de fission pour U 235 libère une énergie de 210 MeV environ, et pour Pu 239 ? Plus élevée ? La réaction U 238 ==> Pu 239 libèrerait aussi de lénergie, et la fission de Pu 239 aussi. Donc U 238 et U 235 ont chacun un rôle dans le coeur de la centrale nucléaire, respectivement indirect et direct par la fission. Il y a donc d'avantage d'énergie libérée, bien plus que le simple 210 MeV * nombre de fission de U 235 !

[KLOUG]

Bonsoir

Grosso modo c'est ça :
L'uranium 238 capture un neutron et après des désintégrations bêta moins on obtient du plutonium.
N'ayant pas mes docs chez moi (et n'ayant pas toutes les données dans la tête) je n'ai pas les valeurs en énergie.

Je me demande si en cherchant sur ce forum une discussion précédente avec le mot clé "fission", il n'y aurait pas la réponse.
Futura sciences est un site plein de ressources.

A bientôt
KLOUG

[cumulocirrus]

L'énergie libérée par la fision du Pu239 est peut différente de la fission de l'U235.

Notez que quelque soit le réacteur et le type de combustible, le Pu contribue de manière significative à la production d'énergie. Dans le coeur, la conversion de l'U238 en Pu23ç a lieu en permanence. le Pu formé est directement fissile. Sur un cycle d'irradiation, sur un coeur non MOXé, le Pu contribue à produire un tiers de l'énergie totale produite sur le cycle d'irradiation.