Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Cheikh M’Backé DIOP : Ingénieur-chercheur au Commissariat à l’Énergie Atomique - Chef du Laboratoire d’Études de Protection et de Probabiiités, CEA/Saclay
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans un réacteur nucléaire les neutrons engendrent des réactions nucléaires. La neutralité du neutron le rend insensible à la barrière coulombienne induite par la présence des charges de l’atome (protons et électrons) et, par conséquent, en fait un projectile privilégié pour interagir avec le noyau de l’atome, par exemple, pour provoquer la fission d’un noyau de masse atomique élevé. La fission n’est pas la seule réaction nucléaire à considérer dans un réacteur nucléaire. En effet, il existe plusieurs types de réactions nucléaires et l’occurrence de ces réactions nucléaires varie d’une espèce d’isotope cible à une autre. Dans un réacteur, les réactions nucléaires ont lieu non seulement dans le combustible mais également dans l’ensemble des structures du cœur et celles situés au-delà du cœur.
D’autres types de dispositifs nucléaires mettent en jeu des réactions nucléaires : les machines à fusion thermonucléaire (par confinement magnétique et inertiel) dans lesquelles on fait interagir des éléments légers, les accélérateurs de particules pouvant provoquer des réactions de spallation.
La connaissance de ces réactions nucléaires est indispensable pour comprendre et appréhender, par des modélisations physico-mathématiques appropriées, le fonctionnement d’un réacteur nucléaire ainsi que l’ensemble des phénomènes nucléaires associés au cycle du combustible.
Ainsi, le présent dossier décrit, en premier lieu, les principales caractéristiques générales des réactions nucléaires induites par des neutrons : phénoménologie, énergétique, sections efficaces, ... Une deuxième partie traite de réactions nucléaires particulières, notamment la fission. Enfin, un bref aperçu est donné sur les réactions de fusion thermonucléaire et les réactions de spallation.
Cet exposé constitue la suite naturelle du dossier Physique des réacteurs- Les bases de la physique nucléaire consacré à la structure du noyau atomique et à sa stabilité dont il utilise l’ensemble des notions introduites. Le lecteur pourra ensuite se reporter au dossier Physique des réacteurs- Traitement des données nucléaires qui complète les « Bases de physique nucléaire pour la physique des réacteurs », par une présentation de grandes bases de données nucléaires internationales, appelées évaluations par les spécialistes, ainsi que par une présentation du mode de traitement de ces évaluations afin qu’elles puissent être utilisables par l’ingénieur ou le chercheur soit directement, soit à travers les codes de calcul développés dans le domaine de la physique des réacteurs nucléaires.
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- Version courante de juil. 2016 par Cheikh M’Backé DIOP
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Sections efficaces3. Interaction des neutrons avec la matière
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La figure 3 illustre les principales sortes de réactions entre un neutron et un noyau cible dans le domaine d’énergie 0 à 20 MeV des réacteurs nucléaires actuels.
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La diffusion élastique potentielle : le neutron ne pénètre pas dans le noyau ; il y a conservation de l’énergie cinétique ; le neutron diffusé change d’énergie et de direction.
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La diffusion élastique résonnante : le neutron pénètre dans le noyau ; un neutron est réémis avec une énergie cinétique égale à l’énergie cinétique du neutron incident dans une certaine direction. Cette réaction est notée (n, n).
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La diffusion inélastique : le neutron pénètre dans le noyau ; il y laisse une partie de son énergie cinétique et est réémis dans une certaine direction avec une nouvelle énergie cinétique. Cette réaction est notée (n, n’).
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La capture radiative : le neutron est capturé par le noyau de masse atomique A ; un nouveau noyau est formé de masse atomique A + 1 ; ce nouveau noyau est dans un état excité par le double apport de l’énergie cinétique et de liaison du neutron et se désexcite par émission de gamma dont l’énergie peut atteindre 10 MeV ; le nouveau noyau formé est, en règle générale, un isotope radioactif qui évoluera vers la ligne de stabilité par des processus radioactifs successifs. Cette réaction est notée (n, γ).
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L’émission de particules chargées : le neutron est capturé et une particule chargée, proton, particule α par exemple est émise. Le nouveau noyau formé est en règle générale un isotope radioactif qui évoluera vers la ligne de stabilité par des processus radioactifs successifs. Ces réactions sont notées (n, p), (n, α), (n, d), (n, t), (n, n’α), etc.
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L’émission de multiples neutrons : deux, trois, ... neutrons sont émis après capture du neutron incident. Le nouveau noyau formé est en règle générale un isotope radioactif qui évoluera vers la ligne de stabilité par des processus radioactifs successifs. Ces...
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BIBLIOGRAPHIE
-
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