Physique des réacteurs - Les réactions nucléaires

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 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 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.