Qu’est-ce que la fission spontanée – Définition

La fission spontanée est un processus de décomposition, dans lequel un noyau instable se divise spontanément et aléatoirement en parties plus petites (noyaux plus légers). Les fissions spontanées libèrent des neutrons comme le font toutes les fissions. Dosimétrie des rayonnements

En général, la fission nucléaire est une réaction nucléaire dans laquelle le noyau d’un atome se divise en parties plus petites (noyaux plus légers). Le processus de fission produit souvent des neutrons et des photons libres (sous forme de rayons gamma ) et libère une grande quantité d’énergie . En physique nucléaire, la fission nucléaire est soit une réaction nucléaire, soit un processus de désintégration radioactive . Le cas du processus de désintégration est appelé fission spontanée  et c’est un processus très rare.

La fission spontanée est également possible si nous étudions la courbe de liaison nucléaire . Ce type de désintégration est énergétiquement possible pour un noyau ayant A> 100. Bien que l’on s’attende à ce que la fission spontanée devienne plus probable à mesure que le nombre de masse augmente, c’est encore un processus très rare même dans l’uranium.

La fission spontanée n’est possible pendant les périodes d’observation pratique que pour des nombres de masse supérieurs à environ 232. Par exemple, 232 Th, 235 U et 238 U sont des nucléides primordiaux et ont laissé des preuves d’une fission spontanée dans leurs minéraux.

Pour les éléments transuraniens lourds, le taux de transition de fission spontanée augmente avec le nombre de masse et il peut devenir le mode de désintégration dominant à des nombres de masse supérieurs à 260 environ.

De même que pour la désintégration alpha , une fission spontanée se produit également en raison de l’effet tunnel quantique . Les fissions spontanées libèrent des neutrons comme toutes les fissions, ce qui contribue au flux neutronique dans un réacteur sous – critique . Les radio-isotopes pour lesquels la fission spontanée n’est pas négligeable peuvent être utilisés comme sources de neutrons. Par exemple, le californium-252 (demi-vie de 2,645 ans, rapport de branche SF d’environ 3,1%) peut être utilisé à cette fin.

La fission spontanée des isotopes naturels de l’uranium (uranium-238 et uranium-235) laisse des traces de dommages dans la structure cristalline des minéraux contenant de l’uranium lorsque les fragments de fission reculent à travers eux. Une technique de datation radiométrique basée sur des analyses de ces traces de dommages, ou traces, laissées par des fragments de fission dans certains minéraux et verres uranifères est connue sous le nom de datation sur trace de fission .

Fission spontanée de certains noyaux

Les principaux isotopes, qui doivent être pris en compte dans le cycle du combustible de tous les réacteurs commerciaux à eau légère, sont:

Isotopes de l’uranium

  • 238 U . 238U appartient au groupe desisotopes fertiles238U se désintègre viala désintégration alphajusqu’à234Th avec une demi-vie d’environ 4,5 × 109ans. 238U se désintègre occasionnellement par fission spontanée avec une probabilité de 0,000055%. Son activité spécifique est très faible ~ 3,4 × 10-7 Ci / g.
  • 235 U . 235U appartient au groupe desisotopes fissiles. En fait,235U est le seul noyau fissile existant à partir d’isotopes naturels et c’est donc un matériau hautement stratégique. 235U se désintègre via la désintégration alpha (par le biais de thorium-231) en231Pa avec une demi-vie d’environ 7 × 108ans. 235U se désintègre parfois par fission spontanée avec une très faible probabilité de 0,000000000072%. Son activité spécifique est très faible ~ 2,2 × 10-6 Ci / g.
  • 234 U . 234U appartient au groupe desisotopes fertiles234U se désintègre via la désintégration alpha jusqu’à230Th avec une demi-vie de 246 000 ans. 234U se désintègre occasionnellement par fission spontanée avec une très faible probabilité de 0,000000000017%. Son activité spécifique est beaucoup plus élevée ~ 0,0063 Ci / g.

Isotopes du plutonium

  • 238 Pu . 238 Pu appartient au groupe des isotopes fertiles. 238 Pu se désintègre via la désintégration alpha jusqu’à 234 U  avec une demi-vie de 87,7 ans. Le 238 Pu génère une chaleur de désintégration très élevée et présente un taux de fission spontanée très élevé.
  • 239 Pu . Le 239Pu appartient au groupe des isotopes fissiles. 239Pu se désintègre via la désintégration alpha jusqu’à 235 U avec une demi-vie de 24100 ans. Cet isotope est le principal isotope fissile utilisé.
  • 240 Pu . 240Pu appartient au groupe desisotopes fertiles240Pu se désintègre via la désintégration alpha jusqu’à 236 U avec une demi-vie de 6560 ans. Le 240Pu a un taux de fission spontanée très élevé et une section efficace de capture radiative élevée pour les neutrons thermiques et aussi pour les neutrons de résonance.
  • 241 Pu . Le 241Pu appartient au groupe des isotopes fissiles. 241Pu se désintègre via une désintégration bêta négative jusqu’à241Am avec une demi-vie de 14,3 ans. Cet isotope fissile se désintègre en isotope non fissile avec une section efficace de capture radiative élevée pour les neutrons thermiques. Un impact sur la réactivité du combustible nucléaire est évident.

Autres isotopes

  • 242 cm. 242 Cm se désintègre via la désintégration alpha avec une demi-vie de 162 jours. 242 Cm se désintègre occasionnellement par fission spontanée avec une probabilité de 0,0000061%.
  • 252 Cf. 252 Cf (demi-vie de 2,645 ans, rapport de branche SF d’environ 3,1%) peuvent être utilisés dans la source de neutrons primaire pour un meilleur suivi des opérations de démarrage et d’arrêt du réacteur lorsque le réacteur est sous-critique.
JANIS - Half-Life - Fission spontanée
Source de données: JANIS (Java-based Nuclear Data Information Software); La bibliothèque de données nucléaires JEFF-3.1.1

Fission spontanée et neutrons de source

élevage de plutoniumLe terme « neutrons sources » fait référence à des neutrons autres que les neutrons de fission rapide ou retardée . En général, ils proviennent de sources autres que la fission induite par les neutrons. Ces neutrons sont très importants lors des opérations de démarrage et d’arrêt du réacteur lorsque le réacteur est sous-critique, car ils permettent de surveiller la sous-criticité d’un réacteur généralement via des détecteurs de neutrons excore à plage de sources.

Dans les réacteurs nucléaires, la fission spontanée est également très importante de ce point de vue. Dans un assemblage de combustible nucléaire irradié, il y a des nucléides, qui subissent un processus de fission spontanée. Comme il a été écrit, la fission spontanée est en fait une forme de désintégration radioactive qui ne se trouve que dans les éléments chimiques très lourds (en particulier les éléments transuraniens). Par exemple, 240 Pu a un taux très élevé de fission spontanée. Pour le combustible à haut taux de combustion, les neutrons sources sont fournis principalement par la fission spontanée des noyaux de curium (Cm-242 et Cm-244).

Source primaire de neutrons

Parfois, les neutrons sources doivent être artificiellement ajoutés au système. La source externe de neutrons contient un matériau qui émet des neutrons et des gaines pour fournir une barrière entre le liquide de refroidissement du réacteur et le matériau. Les sources externes sont généralement chargées directement dans le cœur du réacteur (par exemple, dans des tubes de guidage). Les sources de neutrons, basées sur la fission spontanée, sont appelées sources primaires . La source primaire de neutrons n’a pas besoin d’être irradiée pour produire des neutrons. Ces sources peuvent être utilisées notamment dans le cas d’un premier cœur (c’est-à-dire un cœur composé uniquement de combustible frais). La source primaire de neutrons est basée sur la réaction de fission spontanée. La source de fission spontanée la plus couramment utilisée est l’isotope radioactif californium-252. Le Cf-252 et toutes les autres sources de neutrons à fission spontanée sont produits en irradiant de l’uranium ou un autre élément transuranien dans un réacteur nucléaire, où les neutrons sont absorbés dans la matière de départ et ses produits de réaction ultérieurs, transmutant la matière de départ en isotope SF.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: [email protected] ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci