Fission nucléaire

[PPathfindeRR]

Bonjour,

J’essaie de comprend un peu les réactions nucléaires dans le cœur d'une centrale, mais je n'y connais pas grand chose.
J'avais cru comprendre qu'un noyau d'uranium 235, en capturant un neutron (produits de fissions environnantes) se scindait en deux noyaux : Krypton 92 et Baryum 141 accompagnés de 3 neutrons ("environ 3", car j'ai cru comprendre qu'il y a une histoire de bilan neutronique, que je ne saisie pas encore vraiment).

Mais à ma surprise en navigant sur le net, j'apprends que ça peut donner d'autres produits de fission : Strontium 92 et Xenon 140 accompagnés de 2 neutrons et rayonnement gamma !

Et en faisant quelque recherche à propos de l'uranium 236, je m'aperçois qu'il peut subir une désintégration alpha (qui est également, si j'ose dire, une forme de fission... du moins ça y ressemble un peu) !

Capture d'un neutron :
²³⁵₉₂U + ¹₀n --> ²³⁶₉₂U

1ère forme de fission :
²³⁶₉₂U --> ⁹²₃₆Kr + ¹⁴¹₅₆Ba + 3 ¹₀n

2ème forme de fission :
²³⁶₉₂U --> ⁹⁴₃₈Sr + ¹⁴⁰₅₄Xe + 2 ¹₀n + gamma

Désintégration alpha
²³⁶₉₂U --> ²³²₉₀Th + ⁴₂He

Je ne comprend donc plus rien !
Pourquoi tel ou tel produits de fission ?... pour quelle raison l'uranium 236 va subir telle ou telle réaction nucléaire ?
Est-ce une question de probabilité ?

Si quelqu'un pouvait me l'expliquer... avec un langage pas trop compliqué.

merci.
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[invitecaafce96]

Bonjour ,
Il n'y a pas une , ni 2 réactions donnant des produits de fission , mais une centaine ( à voir...) donnant une famille de produits de fission , donc environ 200 produits résultants , de probabilité d'apparition différente .
Voyez ici , les explications, et le dessin à 2 bosses :https://fr.wikipedia.org/wiki/Produit_de_fission
En abscisse la probabiité d'apparition , en ordonnée , la masse des produits obtenus .
En ordonnée, il faut comprendre que l'on obtient 2 produits ( parfois 3 ...), si vous en choisissez un à fort nombre de masse , le 2 ème sera forcément à faible nombre de masse , puisque la somme doit faire 236 ,moins les 2 ou 3 neutrons produits .
Vous voyez que la plus grande probabilité ( environ 10%) est d'obtenir la paire 92 + 144 (environ ) , mais vous pouvez obtenir aussi la paire 77 + 157 ( environ ) avec 1000 fois moins de probabilité .
La probabilité , en vertical , est représentée en échelle logarithmique .
Ce sont une partie de ces produits qui constituent les " déchets nucléaires ultimes " .

[PPathfindeRR]

Oups, je n’avais pas capté ce paragraphe sur wiki !
Merci de me l’avoir signalé !
Donc si je comprends bien :

Les deux premières formes de fission sont les plus probables.
La répartition du nombre de nucléons est représentée par les deux maxima de la courbe en bosse de chameau.

A peine un peu plus de la moitié des fissions produira d’une part (76+109)/2 = 92,5 nucléons et d’autre part (124+155)/2 = 139,5 nucléons, comme celle-ci :

²³⁶₉₂U --> ⁹²₃₆Kr + ¹⁴¹₅₆Ba + 3 ¹₀n

A peine un peu moins de la moitié des fissions produira d’une part (84+105)/2 = 94,5 nucléons et d’autre part (129+149)/2 = 139 nucléons, comme celle-ci :

²³⁶₉₂U --> ⁹⁴₃₈Sr + ¹⁴⁰₅₄Xe + 2 ¹₀n + gamma

Une infime partie des fissions, environ un demi-centième de pourcent des fissions, produira deux noyaux quelconques de masses voisines tout en conservant un total de 236 nucléons.

Le reste des noyaux d’uranium 236 n’ayant pas fissionné, subiront une désintégration naturelle au bout de plusieurs millions d’années.
Dans 90% des cas il s’agira de radioactivité alpha.
La demi-vie de l’uranium 236 est de 23,4 millions d’année, ce qui veut donc dire que dans 23,4 Ma, seule la moitié se désintègrera (à 90% des cas) en deux noyaux, soit un noyau d’hélium 4 (le rayonnement alpha en question) et un noyau de thorium 232 (très stable) :

²³⁶₉₂U --> ²³²₉₀Th + ⁴₂He

Où également encore, les noyaux d’uranium 235 (ayant une demi-vie de 703,8 Ma) n’ayant pas capturé de neutron, se scinderont par désintégration alpha (la plus probable) donnant un noyau d’hélium 4 et un isotope du Thorium (²³¹Th ayant une demi-vie de 1,06 jour) :

²³⁵₉₂U --> ²³¹₉₀Th + ⁴₂He

Cet isotope du thorium (²³¹Th), subira une succession de désintégrations alpha et béta négatives suivant une des chaines de désintégration possibles… et si je comprends bien, l’une de ces chaines sera la plus probable comme je peux le voir sur ce site que je viens de trouver :

http://www.periodictable.com/Isotope...p.full.dm.html

Je dois également supposer que ces probabilités de produire tels ou tels produits de fission, ou telles ou telles types de désintégration (alpha, béta…), ne sont pas du aux conditions environnementales mais est plus une question d’ordre quantique ?

[invitecaafce96]

Re,

Il vaut mieux ne pas parler de 1/2 nucleon qui n'a pas de sens physique ici . Dans vos bilans, n'oubliez pas les 2 ou 3 neutrons produits : on travaille à nombre de nucléons constant :
236 à gauche de l'équation, doit donner 236 à droite !
La fission du noyau d'Uranium 235 avec un neutron ( "thermique" , v= 2200 m/s ) est probable à 82 % .
Les 18% restants sont la capture neutronique qui donne le 236U , qui n'existe plus à l'état naturel .
Dans les réacteurs , à l'échelle de temps humaine , les périodes naturelles de décroissance en centaines d'années , pour les Uranium ne jouent pas .Donc, on n'en parle pas , c'est négligeable .
Mais il faut prendre en compte , les éventuelles captures neutroniques .
L'Uranium 236 possède lui-même une faible probabilité de capture neutronique , donc , il ne disparaît pas en réacteur , il s'accumule,
et , il s'en fabrique environ 5 kg par tonne de combustible usé .

Il est à noter que tous les éléments fissiles n 'ont pas tout à fait la même répartition en produits de fission , sûrement des explications quantiques , mais là , je n'insiste pas ...
L'énergie du neutron incident doit avoir aussi une influence , or , bien que majoritaire , il n'y a pas que des neutrons thermiques dans le cœur ,
puisque la répartition en énergie des neutrons de fission est largement en neutrons rapides ( qu'il faut ralentir avec du modérateur , l'eau par exemple ).

[A voir en vidéo sur Futura]

[PPathfindeRR]

L'énergie du neutron incident doit avoir aussi une influence , or , bien que majoritaire , il n'y a pas que des neutrons thermiques dans le cœur ,
puisque la répartition en énergie des neutrons de fission est largement en neutrons rapides ( qu'il faut ralentir avec du modérateur , l'eau par exemple ).

Oui, je viens de voir ça, que selon si c'est un neutron thermique ou rapide ça ne donnera pas les mêmes produits de fission... et également sur les probabilités de fission.
Donc quand on voit : ²³⁶₉₂U --> ⁹²₃₆Kr + ¹⁴¹₅₆Ba + 3 ¹₀n c'est un exemple parmi d'autre... peut-être le plus courant mais les pourcentages de tel ou tel produits de fission possibles, dépendra en faite du type de réacteur, de son architecture et son fonctionnement, du combustible (je pense), et probablement aussi pour des raisons quantiques ?

En tous cas merci pour ces réponses... cette courbe en bosses de chameau m'a fait réaliser que c'est beaucoup plus complexe que ce que je m'attendais au départ.