Parcours des neutrons

Les neutrons sont des particules neutres uniquement sensibles aux forces nucléaires. Elles passent donc allègrement à travers les cortèges électroniques des atomes rencontrés. Elles interagissent par contre fortement avec les noyaux. Mais les noyaux sont tout petits et le rayonnement neutronique est encore plus pénétrant que le rayonnement gamma. L'interaction la plus fréquente est une simple collision. Lors de ces collisions le neutron peut être caapturé et provoquer alors une réaction nucléaire.

Les neutrons ralentissent lors des collisions avec les noyaux, qui ionisent la matière environnante en reculant. Le ralentissement est rapide dans un milieu modérateur riche en hydrogène où le neutron peut perdre, avec de la chance, toute son énergie lors d'une collision unique (*). Le résultat de cette série de collisions est un parcours erratique qui dans l'air peut être long.

Le neutron libre est une particule instable, de période 10,2 minutes, absent pour cette raison de l'espace intersidéral. Dans un milieu dense, un neutron sera capturé bien avant qu'il ne se désintègre, déclenchant parfois une réaction nucléaire quand le noyau formé est instable.

Souvent, le neutron ne ressort pas du noyau. La probabilité - appelée section efficace - de cette capture varie énormément avec l'énergie et la nature du noyau. À des énergies caractéristiques du noyau, le neutron entre en résonance quand il passe à proximité et se retrouve absorbé. Tout se passe comme si le noyau devenait soudain très gros. Le phénomène rappelle ce qui se passe dans un instrument de musique qui entre en résonance à certaines fréquences. L'énergie des neutrons joue ici le rôle de la fréquence.

Dans un réacteur nucléaire traditionnel, il s'agit de ne pas perdre de façon intempestive des neutrons. Il faut éviter, lors du ralentissement, ces noyaux pourvus de trop d'appétit et ces énergies résonantes. Le choix des matériaux devient critique.

Le rayonnement neutronique est abondant et dangereux à proximité du cœur des réacteurs. Les captures sont alors recherchées pour la protection. On inclut intentionnellement dans le matériau des noyaux friands de neutrons lents comme le bore-10. De même, on bride la réactivité d'un réacteur quand sa charge de combustible est neuve en ajoutant du bore dans l'eau du modérateur. Cette eau « boriquée » tempère les réactions de fission. La quantité de bore-10 diminue au cours du fonctionnement, en même temps que le réacteur, dont le combustible s'émousse, a de moins en moins besoin d'être bridé.

L'effet du rayonnement neutronique subsiste après une capture. L'isotope qui contient un neutron est, de plus, généralement instable. Les éléments mécaniques irradiés dans le cœur des réacteurs deviennent radioactifs. Les captures engendrent aussi dans le combustible des radioéléments plus lourds que l'uranium, comme le plutonium et les actinides. On extrait également de réacteurs des radioéléments utiles en vue d'applications.

Sujets voisins : Phénomène d'ionisation, Effets macroscopiques, Effets des particules chargées, Effets des particules neutres, Parcours des alpha, Parcours des bêta, Parcours des gamma