fission nucléaire

1

Présentation

fission nucléaire, division d'un noyau atomique lourd, généralement en deux (ou plus rarement en trois) fragments plus légers, avec libération d’énergie.

La première réaction de fission découverte est celle de l'uranium, par Otto Hahn et Fritz Strassman en 1938.

2

La réaction de fission

La fission d’un noyau lourd, tel que l’uranium-235 (²³⁵U) est réalisée sous l’action d’un neutron lent incident, qui a été absorbé par le noyau pour former un « noyau composé » instable (²³⁶U). L’absorption du neutron lent (ou neutron « thermique ») par le noyau lourd peut rompre l’équilibre des forces nucléaires et aboutir, par exemple, à un nouveau système :

235U + 1n → 94St + 140Xe + 1n + 1n + g

Le système ²³⁵U + neutron (= ²³⁶U) subit la fission en se décomposant en xénon-140 et strontium-94. Cette réaction s’accompagne de la libération de 2 neutrons, et d’une émission de rayonnement gamma.

3

Réaction en chaîne

Les neutrons émis lors de la fission présentent un grand intérêt, car ils peuvent à leur tour, après ralentissement, provoquer la fission d’autres noyaux d’uranium. C’est le phénomène de réaction en chaîne. Lors de la fission des noyaux lourds les particules émises sont toujours des neutrons, car ceux-ci y sont en excès par rapport aux protons avec lesquels ils composent l’ensemble des noyaux. Dans les noyaux légers, les protons et les neutrons sont présents en nombres égaux, mais plus les noyaux sont lourds plus ils possèdent de neutrons excédentaires. Les deux noyaux créés par la fission sont relativement stables et les neutrons supplémentaires se retrouvent alors libres.

4

Énergie de liaison

L’essentiel de l’énergie libérée par la fission (environ 200 MeV, dans le cas de ²³⁵U) l’est sous forme d’énergie cinétique des deux fragments. Cette énergie résulte de la différence entre l’énergie de liaison des nucléons (protons et neutrons) dans le noyau d’uranium et celle des nucléons dans les noyaux formés par la fission. L’énergie de liaison provient directement du « défaut de masse » du noyau et s’exprime par la célèbre formule E = Δm c², où Δm est le défaut de masse et c la vitesse de la lumière.