De gros noyaux déstabilisés par des neutrons …
Lors d’une désintégration radioactive, un noyau conserve tous ou presque tous les protons ou les neutrons qui le constituent. Il se transforme peu. Exceptionnellement il peut subir une transformation beaucoup plus profonde. C’est ainsi que certains noyaux lourds et fragiles se cassent en deux fragments à la suite de la capture d’un neutron. C’est la fission.
Fission d’un noyau
La capture d’un neutron par un noyau fissile provoque sa cassure en deux fragments radioactifs – les produits de fission – accompagnée de l’émission de 2 à 3 neutrons secondaires.
© IN2P3
Le phénomène ne concerne qu’une poignée d’éléments, appelés « fissiles ». Ces éléments sont tous instables. Le seul à avoir subsisté à la surface de la terre est un isotope très minoritaire de l’uranium : l’uranium-235, dont la période radioactie est de 700 millions d’années. Il est présent en quantité minime dans la croûte terrestre.
La fission se produit exceptionnellement de manière spontanée. Plus souvent, elle est provoquée par l’introduction d’un neutron dans un noyau fissile. Cette désintégration provoquée est en réalité une réaction nucléaire.
La fragmentation d’un noyau lourd
Cette image de synthèse montre la transformation, à volume constant, d’une sphère en deux sphères plus petites, une analogie avec la fission d’un noyau. Le noyau subit une forte déformation qui évolue vers une fragmentation en deux parties de tailles similaires mais inégales. L’image ne représente pas la structure de la matière nucléaire composée de protons et de neutrons, ainsi que l’éjection de neutrons de fission.
© CNRS- MEDARD Laurence
Le neutron est l’agent idéal pour une fission. Du fait de sa neutralité électrique, cette particule s’introduit sans mal dans un noyau où elle se retrouve capturée.
Dans la grande majorité des cas, la capture d’un neutron ne brise pas le noyau. Mais si le noyau est fragile parce que trop gros, l’arrivée d’un intrus suffit pour déclencher un cataclysme à son échelle, sa fragmentation.
Un second noyau fissile important est un isotope du plutonium, le plutonium-239. Ce noyau artificiel est produit à partir de l’uranium dans le cœur des réacteurs nucléaires. Ses propriétés ont voisines de celles de l’uranium-235.
La fission serait restée un phénomène marginal s’il n’était possible de la multiplier à travers un mécanisme de réaction en chaîne. La fragmentation est accompagnée de quelques neutrons qui peuvent générer d’autres fissions. L’énergie nucléaire libérée ne concerne plus alors des atomes isolés, mais des quantités considérables de matière.
Une forme atomique !
L’atome , source d’énergie inépuisable, était synonyme dans les années 1950 de dynamisme et de modernité. C’est la raison pour laquelle, ce soda, qui contenait tout sauf des matières radioactives, était censé conférer à cette jeune femme une forme atomique.
© ANDRA
La réaction en chaîne peut prendre un tour explosif (bombe atomique) ou être contrôlée (réacteurs nucléaires).
La fission met à la disposition de l’humanité une source d’énergie pratiquement inépuisable. Elle produit des corps radioactifs, les déchets nucléaires. Pour ces multiples raisons, même provoquée, elle est inséparable de la radioactivité.
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