Notre Projet

Le projet que nous avons choisi de vous présenter est la Fission Nucléaire. La fission nucléaire est un phénomène au cours duquel un noyau lourd c’est-à-dire formé de plusieurs nucléons (uranium, plutonium) se scinde en plusieurs particules plus légères. A travers ce projet nous visons à faire comprendre aux uns et aux autres le déroulement de cette désintégration et les conséquences qui s’en suivent. Vous verrez au cours de cette expérience que lors de ce phénomène, nous assistons principalement à un dégagement d’Energie très important (≈ 200 MeV par atome fissionné) et a l’émissions de neutrons (phénomène mis en œuvre dans les centrales nucléaires pour la production d'électricité et dans les bombes atomiques). Pour y arriver nous avons procéder par recherche documentaire. Suivons ensemble cette expérience.

Fission Induite

Sous l’effet d’une collision avec un neutron, le noyau de certains gros atomes, dits fissiles, à la propriété de se casser en deux. La matière fissile qui constitue le cœur des réacteurs est en général de l’uranium ou du plutonium. En absorbant un neutron, un noyau d’atome 235U se transforme ainsi en 236U, un isotope de l’uranium, dans un état excité de 6,2 Méga-électrons-volts (MeV, avec 1 MeV = 1,6 × 10−13 joules). Il se comporte ainsi un peu comme une goutte d'eau.

♦ Dans 16 % des cas, l'énergie est dissipée par rayonnement électromagnétique et le noyau d'236U reste intact.

♦ Dans 84 % des cas, cette énergie suffit pour que le noyau puisse franchir la barrière de fission, de 5,7 MeV et se fragmenter en deux autres noyaux comme le krypton 93 (93Kr) et le baryum 140 (140Ba) ou bien le strontium 94 et le xénon 140

Bilan neutronique

Lors de la fission, des neutrons rapides sont tout de suite (10−14 s) émis, ils sont dits neutrons instantanés (anciennement nommés neutrons prompts). Puis, après l'émission de ces neutrons instantanés, les produits de fission commencent leur décroissance radioactive. Ces décroissances radioactives vont engendrer la libération de neutrons rapides avec une latence de 13 secondes en moyenne; ces neutrons libérés juste après des désintégrations β sont appelés neutrons retardés.

L’énergie de fission

L'énergie cinétique des fragments et des particules émises à la suite d'une fission finit par se transformer en énergie thermique, par l'effet des collisions et des interactions avec les atomes de la matière traversée, sauf pour ce qui concerne les neutrinos, inévitablement émis dans les désintégrations β, et qui s’échappent toujours du milieu (ils peuvent traverser la Terre sans interagir).

Ordres de grandeur

♦1 fission produit 193 MeV = 193 × 10^6 × 1,602 18 × 10^−19 = 3,092 2 × 10−11 joules

♦1 gramme d'uranium 235 fissionné ⇔ 1/235,0439299 × NA fissions = 1/235,0439299 × 6,022 141 29 × 10^23 fissions = 2,562 13 × 10^21 fissions

♦1 gramme d'uranium 235 fissionné ⇔ 2,562 13 × 1021 × 3,092 2 × 10^−11 joule = 7,922 63 × 1010 joules

♦1 mégawatt-jour = 24 MWh = 24 × 3600 × 10^6 joules = 8,64 × 10^10 joules

♦1 mégawatt-jour ⇔ 1,090 55 gramme d'uranium 235 fissionné

1 mégawatt-jour ⇔ 1,09 gramme d'uranium 235 fissionné

C'est-à-dire tous les atomes d'uranium 235 présents dans (1,090 55 / 0,007 202) = 151,42 grammes d'uranium naturel. Or :

♦1 mégawatt-jour = 1 000 000 × 24 = 1 000 kW × 24 = 24 000 kWh

♦24 000 / 151,42 = 158,497 kWh

Donc la fission de tous les atomes d'uranium 235 présents dans 1 g d'uranium naturel peut produire 158,5 kWh.