Petite question sur la fission des atomes

[evrardo]

Bonjour,
Je suis en train d'étudier la fission nucléaire et je ne comprends pas certaines choses. Si vous pouviez me donner un coup de main.
Comment les neutrons, ou les fragments d'atomes peuvent être expulsés à des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres/seconde? Je sais bien que c'est parce qu'ils ont la même charge électrique et donc se repoussent violemment. Mais quand même, cela fait une accélération énorme !

Ensuite, lorsqu'un atome se fragmente en deux, les deux fragments sont expulsés aussi à une très grande vitesse. Mais ces fragments vont nécessairement percuter les atomes voisins très proches. Est-ce que les chocs sont absorbés, est ce que les atomes rebondissent entre eux?

Merci pour vos explications.
N'hésitez pas à me renvoyer sur d'autres sites pour les explications.
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[invite1a299084]

Bonjour,

Tout d'abord, on parle de fission des noyaux.
Charge électrique? Le neutron a une charge nulle donc ton explication tombe à l'eau. Quand un noyau se brise en deux par fission nucléaire, la réaction dégage beaucoup d'énergie, une partie est transformée en énergie thermique et une autre partie en énergie cinétique qui fait que les neutrons sont rapides.
Et pour finir, c'est le concept de la fission nucléaire que les neutrons percutent les autres noyaux pour les casser et faire une réaction en chaîne.

Je n'ai pas de sites à t'envoyer en particulier, mais une simple recherche sur google te permettrait de mieux savoir ce qu'il se passe.

Bonnes fêtes.

[evrardo]

Je n'ai pas de sites à t'envoyer en particulier, mais une simple recherche sur google te permettrait de mieux savoir ce qu'il se passe.

C'est ce que j'ai fait, mais impossible de trouver cette info.

Tout d'abord, on parle de fission des noyaux.
Charge électrique? Le neutron a une charge nulle donc ton explication tombe à l'eau. .

Ce n'est pas mon explication, c'est ce que j'ai trouvé sur Wiki.
Alors, quelle force éjecte le neutron? Est ce parce que le noyau a été percuté par un autre neutron?

[invitecaafce96]

Bonjour,
Pour le pourquoi de l'énergie due au défaut de masse est elle emmenée par les particules , je ne sais que répondre " parce que je ne vois pas d'autres possibilité de l'évacuer " ...
On connaît la masse et l'énergie des produits de fission, on peut donc calculer facilement leur vitesse : particules massives, ce ne sont pas des particules très rapides .
Fortement, voir totalement ionisés à leur départ , donc fortement chargés , ils sont freinés par interaction coulombienne électrostatique :
http://imrt1.lgm.free.fr/physique/pa...es_matiere.pdf
Leur parcours est donc très faible dans la matière , typiquement de 4 à 10 microns selon les produits et les matériaux .
Pour les réacteurs, ils s'arrêtent donc dans le milieu combustible où ils sont nés !
Reste ceux nés dans les couches extérieures du combustible - et se dirigeant vers l'extérieur - ceux-là sont arrêtés dans la gaine du crayon combustible .

[A voir en vidéo sur Futura]

[Lansberg]

Bonjour,

la vitesse d'expulsion est liée à l'énergie cinétique transportée par la particule en question (neutron, électron, particule alpha...).
Une explication dans le cas de la radioactivité alpha : http://www.laradioactivite.com/fr/si...ivitealpha.htm

L'exemple est transposable à la fission spontanée ou induite.

Pour les chocs, c'est plus compliqué. Lorsqu'un produit de fission est éjecté, il ne rencontre par forcément un autre atome (la matière est surtout faite de vide). La probabilité de rencontre est liée à la notion de section efficace : http://fr.wikipedia.org/wiki/Section_efficace

[evrardo]

Ok, je comprends mieux maintenant, merci pour les liens vers les sites très intéressants.

Encore une question:
La densité de l'U235 dans une bombe atomique est elle la même que celui utilisé dans une centrale nucléaire?

[Lansberg]

Le % d'U235 est très différent. L'enrichissement est de l'ordre de 3-5% pour les réacteurs nucléaires, mais il est d'environ 90% pour l'uranium militaire (ainsi la masse critique pour que se déclenche une réaction en chaine spontanée à l'origine de l'explosion est assez faible).

[invitecaafce96]

Ok, je comprends mieux maintenant, merci pour les liens vers les sites très intéressants.

Encore une question:
La densité de l'U235 dans une bombe atomique est elle la même que celui utilisé dans une centrale nucléaire?

Re,
Reste à savoir ce que vous appelez " densité " . La densité n'est pas l'enrichissement : réponse de Lansberg .

[evrardo]

Le % d'U235 est très différent. L'enrichissement est de l'ordre de 3-5% pour les réacteurs nucléaires, mais il est d'environ 90% pour l'uranium militaire (ainsi la masse critique pour que se déclenche une réaction en chaine spontanée à l'origine de l'explosion est assez faible).

Donc la densité, l'enrichissement, de l'U235 militaire étant plus élevée, cela augmente le nombre de possibilités qu'un neutron impacte un autre noyau.
Cela répond à ton explication plus haut:

Pour les chocs, c'est plus compliqué. Lorsqu'un produit de fission est éjecté, il ne rencontre par forcément un autre atome (la matière est surtout faite de vide). La probabilité de rencontre est liée à la notion de section efficace : http://fr.wikipedia.org/wiki/Section_efficace

[curieuxdenature]

Donc la densité, l'enrichissement, de l'U235 militaire étant plus élevée, cela augmente le nombre de possibilités qu'un neutron impacte un autre noyau.
Cela répond à ton explication plus haut:

Bonjour

L'enrichissement en U235 est un procédé artificiel qui recrée des conditions que le temps a détruit.
L'homme, une fois encore, n'a fait que copier la nature.
A cause de la désintégration naturelle, la proportion d'U235 dans l'U naturel était plus élévée il y a plusieurs millions d'années, ce qui avait permis le démarrage de réacteurs naturels sur notre planète.
http://ecolo.org/documents/documents...ur_naturel.htm

[Lansberg]

Bonjour,

Donc la densité, l'enrichissement, de l'U235 militaire étant plus élevée, cela augmente le nombre de possibilités qu'un neutron impacte un autre noyau.
Cela répond à ton explication plus haut:

C'est bien le but recherché. Et surtout d'avoir une masse critique assez faible pour que la réaction en chaine puisse s'enclencher et s'entretenir.

[maxwellien]

Bonjour, pour initier de telles réactions il faut des éléments tel que l'américium capable de délivré beaucoup de neutrons.

[invitecaafce96]

Bonjour, pour initier de telles réactions il faut des éléments tel que l'américium capable de délivré beaucoup de neutrons.

Bonjour,
Pas obligatoirement ici ; les fissions spontanées des matériaux de base peuvent suffire : 0.3 neutron/s /kg pour l'235U et 22 n/s/kg pour 239Pu .

[evrardo]

Bonjour,
Pas obligatoirement ici ; les fissions spontanées des matériaux de base peuvent suffire : 0.3 neutron/s /kg pour l'235U et 22 n/s/kg pour 239Pu .

Mais si par exemple on a une masse sous critique d'uranium, à partir de quelle distance des fissions spontanées d'une autre masse sous critique d'uranium peut générer une réaction en chaine?
Est ce que lorsqu'il y a fission spontanée, les neutrons sont rapidement ralentis par les chocs avec les atomes du milieu rencontré?

[invitecaafce96]

Re,
Dans tous les accidents de criticité qui se sont produits, personne n'a jamais amené une source extérieure pour provoquer l'accident !...

il faut bien comprendre une chose : si la masse est sous-critique , elle ne divergera jamais , la masse va servir d'amplificateur de neutrons, mais c'est tout .

D'ailleurs ceci est utilisé pour des exercices pratiques d' enseignement quand on cherche la masse critique d'un réacteur de recherches ou d'enseignement .
De même si une masse est très légèrement sur-critique , seule la masse au dessus de la criticité sera consommée .
Si vous arrivez à faire une masse sur-critique de 100 atomes par rapport à la masse critique , seul les 100 atomes seront fissionnés, et vous ne vous en apercevrez même pas ...
ET ENSUITE , LA REACTION S'ARRETERA D'ELLE-MEME , puisque la masse est devenue sous-critique , même d'un atome ( c'est une vue de l'esprit mais le raisonnement est exact ).

C'est la même chose dans les bombes , mais peu de personnes savent l'expliquer clairement :
Vous devez mettre la masse critique (admettons 15 kg ) , puis carrément encore 15 kg de rab .
Dans tous les cas , il restera la masse critique intacte (15 kg ) et une grande partie du rab ( disons 13 kg ) car seuls 2kg auront eu le temps de fissionner , car l'énergie dégagée
aura dispersé la matière des 15 kg de rab avant qu'ils aient pu totalement fissionner .
Les bombes ont donc un très mauvais rendement (!)...Mais ce n'est peut être pas l'avis de ceux qui les ont reçu sur la tête ...

[evrardo]

il faut bien comprendre une chose : si la masse est sous-critique , elle ne divergera jamais , la masse va servir d'amplificateur de neutrons, mais c'est tout .

Salut Catmandou
Quand tu parles de masse, est ce qu'il s'agit d'un produit "pur"? Par exemple la masse critique de l'U235 est de 52 kg, si c'est une sphère. Mais ce n'est que dans le cas d'une masse constituée exclusivement d'uranium.
S'il y a par exemple une sphère d'une masse de 250 kg, ou l'on trouverait un mélange de métal et d'uranium 235, que se passerait il?

C'est la même chose dans les bombes , mais peu de personnes savent l'expliquer clairement :
Vous devez mettre la masse critique (admettons 15 kg ) , puis carrément encore 15 kg de rab .
Dans tous les cas , il restera la masse critique intacte (15 kg ) et une grande partie du rab ( disons 13 kg ) car seuls 2kg auront eu le temps de fissionner , car l'énergie dégagée
aura dispersé la matière des 15 kg de rab avant qu'ils aient pu totalement fissionner .
Les bombes ont donc un très mauvais rendement (!)...Mais ce n'est peut être pas l'avis de ceux qui les ont reçu sur la tête ...

Tu es sûr? La bombe larguée sur Hiroshima était constituée de deux masses sous critique d'U235 pesant chacune 31 kg. Dont l'une a été projetée sur l'autre avec un explosif à la cordite.

[Amanuensis]

1 mole d'U235 : 18.6 TJ dégagés par fission (hors neutrinos)

L'explosion a dégagé 63 TJ.

soit 3.5 mole, ou 0.8 kg

---
sur les 62 kg, 0.8 ont fissionné, reste plus de 61 kg, supérieur à la masse critique

[invitecaafce96]

Re,
La sphère critique de 52 kg de 235 U est pour ... De l'235U pur ou au maximum de l'enrichissement possible , et ceci dans l'air , sans réflecteur .
On sait que l'on sait faire de l'Uranium enrichi à 95% en 235U , c'est souvent le combustible des réacteurs de recherches .
Peut être que les militaires , qui ont les moyens , savent faire mieux ...
Quel intérêt de s'embêter à pousser l'enrichissement ? Aucun, il suffit de mettre un peu de matière en plus pour avoir les mêmes effets .
Les 52 kg de masse critique en 5U sont valables dans l'air , sans réflecteur ;
On tombe à 17 kg environ avec un bon réflecteur acier, Béryllium ou 238U ;
Et à 0.800 kg dans l'eau , à cause des qualités modératrices de l'eau , sans même parler d'eau lourde ...C'est pourquoi les accidents de criticité arrive facilement avec des solutions .
Inversement, la masse augmente vite si l'5U n'est pas pur , tout dépend avec quoi il est mélangé :
Il en faut 1 tonne pour un enrichissement de 20%, et " des centaines de kg" pour 10% et l'Uranium naturel n'est pas critique ( dans les conditions habituelles ...).
L'238U n'est jamais critique .

[evrardo]

Re,
La sphère critique de 52 kg de 235 U est pour ... De l'235U pur ou au maximum de l'enrichissement possible , et ceci dans l'air , sans réflecteur .
On sait que l'on sait faire de l'Uranium enrichi à 95% en 235U , c'est souvent le combustible des réacteurs de recherches .
Peut être que les militaires , qui ont les moyens , savent faire mieux ...
Quel intérêt de s'embêter à pousser l'enrichissement ? Aucun, il suffit de mettre un peu de matière en plus pour avoir les mêmes effets .
Les 52 kg de masse critique en 5U sont valables dans l'air , sans réflecteur ;
On tombe à 17 kg environ avec un bon réflecteur acier, Béryllium ou 238U ;
Et à 0.800 kg dans l'eau , à cause des qualités modératrices de l'eau , sans même parler d'eau lourde ...C'est pourquoi les accidents de criticité arrive facilement avec des solutions .
Inversement, la masse augmente vite si l'5U n'est pas pur , tout dépend avec quoi il est mélangé :
Il en faut 1 tonne pour un enrichissement de 20%, et " des centaines de kg" pour 10% et l'Uranium naturel n'est pas critique ( dans les conditions habituelles ...).
L'238U n'est jamais critique .

Pas tout compris.
Tu pourrais traduire stp?

Les 52 kg de masse critique en 5U

Qu'est ce que 5U?

On tombe à 17 kg environ avec un bon réflecteur acier, Béryllium ou 238U

Mais lorsque la réaction commence et que la température monte très vite, le réflecteur va fondre et deviendra totalement inutile. Non?

Et à 0.800 kg dans l'eau , à cause des qualités modératrices de l'eau ,

Puisque l'eau est l'un des meilleurs modérateurs, pourquoi cela diminue la masse critique?

Merci pour tes explications.

[evrardo]

1 mole d'U235 : 18.6 TJ dégagés par fission (hors neutrinos)

L'explosion a dégagé 63 TJ.

soit 3.5 mole, ou 0.8 kg

---
sur les 62 kg, 0.8 ont fissionné, reste plus de 61 kg, supérieur à la masse critique

Mais qu'est devenue la sphère de 61 kg restant, et très radioactive?

[Amanuensis]

Ben... Dispersée dans l'atmosphère puis en poussières dans les retombées, j'imagine.

[stefjm]

Et les gens sérieux appellent cela un crime contre l'humanité...

[evrardo]

Ben... Dispersée dans l'atmosphère puis en poussières dans les retombées, j'imagine.

Oui effectivement!

J'en profite pour te poser une question sur l'énergie dissipée par la réaction nucléaire.
Est ce la perte de masse qui produit cette énergie avec E=MC², 200 MeV pour un noyau d’Uranium 235
Ou est ce que cela provient de l'énergie cinétique des deux nouveaux atomes créés?

[invitecaafce96]

Mais qu'est devenue la sphère de 61 kg restant, et très radioactive?

Re,
Non, le 235U est très peu radioactif , idem 238U , tant qu'il n'y a pas eu de produits de fissions en quantité .
Ce sont les quantités fissionnées qui sont très radioactives , à cause des produits de fission .

[Amanuensis]

Est ce la perte de masse qui produit cette énergie avec E=MC², 200 MeV pour un noyau d’Uranium 235
Ou est ce que cela provient de l'énergie cinétique des deux nouveaux atomes créés?s.

Les deux. Ce sont deux aspects différent

L'un est la conservation "masse-énergie", l'autre est sous quelle forme se trouve l'énergie qui n'est plus "dans les masses".

Initialement l'énergie est entièrement dans la masse du noyau. Après, l'énergie (conservée) est partie dans les masses (des noyaux fils, des neutrons et des neutrinos), et partie dans les énergies cinétiques (noyaux, neutrons, neutrinos).

L'énergie "utile" () est l'énergie cinétique des noyaux et des neutrons.

[invitecaafce96]

Re,
Les 200 MeV par fission proviennent du défaut de masse - énergie de liaison - entre le noyau initial et celle des 2 noyaux produits de fission formés .
Désolé , je traduis 5U = 235U
Tout le problème des bombes est de tenir la masse surcritique ( et son réflecteur , s'il y a lieu ) , le plus " longtemps" possible ; Tout le reste est enfantin par rapport à ce problème ...
A condition de maitriser l'enrichissement ,à ne pas oublier tout de même....
La masse critique de l' U235 diminue beaucoup dans l'eau , car les neutrons sont ralentis , c'est le rôle du modérateur et les neutrons ralentis ( E = 0.025 eV)
qui reviennent dans l'Uranium ,sont beaucoup plus efficaces pour faire des fissions sur l'U235 , que les neutrons de fission naissant à l'intérieur de la sphère
qui sont des neutrons rapides ( E = 2 Mev, en moyenne ) .
Si on retire l'eau des réacteurs EDF, cela ne fonctionne plus , le réacteur ne sera jamais critique sans l'eau tout bête : H2O ....