Les noyaux fissiles

Les noyaux fissiles sont en très petit nombre. Les éléments fissiles principaux sont l'uranium-233 et l'uranium-235, le plutonium-239 et le plutonium-241. Il faut ajouter à cette liste, le proactinium-230, le neptunium-236 et l'américium-242.

La figure compare les neutrons produits par la fission des noyaux d'uranium-235, d'uranium-233 et de plutonium-239, provoquée par un neutron primaire lent. Des trois noyaux, c'est le plutonium-239 qui produit le plus de neutrons. Mais, tous les neutrons captés par un noyau fissile ne produisant toujours de fission, c'est le nombre de neutrons par capture qui compte davantage pour la marche des réacteurs. Ce dernier nombre est à comparer à la valeur 1, nécessaire pour la réaction en chaîne, et à la valeur 2 requise pour la régénération du combustible.
IN2P3

Ces noyaux fissiles sont très volumineux, et leur taille approche du maximum permis pour un noyau. Sur la carte des noyaux répertoriés, ils se situent aux environs de l'uranium, à l'extrémité de la ligne de stabilité. Ils sont tous instables (la plupart radioactifs alpha) mais avec des temps de vie généralement très longs de plusieurs milliers ou millions d'années. Plus que leur instabilité le caractère remarquable de ces noyaux est leur fragilité quand ils capturent un neutron. Les actinides de masse très élevée (Californium, Berkeleyum, ...) fissionnent rapidement sans avoir besoin de neutrons.

Le plus léger contient 91 protons et 129 neutrons. Ils possèdent tous un nombre impair de neutrons. Quant au nombre de protons, il est pair pour les 4 éléments principaux (92 et 94) et impair pour les trois autres.

Chimiquement, ces 7 éléments fissiles appartiennent à la classe des « actinides ».

Trois d'entre eux présentent un intérêt pratique : l'uranium-233, l'uranium-235 et le plutonium-239. Seul l'uranium-235 possède une période de l'ordre de l'âge de la terre (0,7 milliard d'années). À l'époque de la formation de la terre, il était 86 fois plus abondant que maintenant. Bien qu'il ait presque disparu, il existe encore dans notre environnement, mais en très petite quantité. Le plutonium-239 ne vit que 24 000 ans, mais il est produit en quantité importante dans les réacteurs conventionnels. Il en serait de même pour l'uranium-233 de période 162 000 ans, si des réacteurs à base de thorium voyaient le jour.

(NB : avec des neutrons rapides, il devient possible de fissionner davantage de noyaux.)