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Fission nucléaire[modifier]
Article détaillé : Fission nucléaire.
Les noyaux atomiques très lourds tels que l’uranium ou le plutonium contiennent énormément de protons, et sont instables. Si l’un de ces atomes très lourd (par exemple l’uranium 235 ou le plutonium 239) capture un neutron, il se transforme en un noyau encore plus instable (236U ou 240Pu), et récupère par la même occasion del’énergie.
Le noyau résultant se divise très rapidement: il fissionne, en se divisant en deux noyaux principaux, et en libérant deux ou trois neutrons supplémentaires, libres. Ces neutrons supplémentaires sont disponibles pour d’autres fissions de noyau : c’est le principe de la réaction en chaîne.
La différence d’énergie de liaison est partiellement transformée en énergie cinétique des produits defission. Ceux-ci donnent cette énergie sous forme de chaleur par des chocs sur le matériau environnant. Cette chaleur est évacuée à l’aide d’un réfrigérant et peut, par exemple, être utilisée pour le chauffage ou la production d’électricité.
Les nouveaux noyaux issus de la division sont appelés produits de fission. Ils présentent généralement un excès de neutrons, et tendent à être radioactifs avecune radioactivité ?-. Quand cette radioactivité béta moins a été exprimée, ils possèdent globalement une énergie de liaison plus importante par nucléon que les anciens atomes lourds — et donc sont plus stables.
Neutrons thermiques et modérateur[modifier]
Plus un neutron est lent, plus la probabilité qu’il soit capté par un atome 235U est grande. C’est pourquoi l’on ralentit les neutronsrapides provenant de la réaction de fission par un modérateur. Un modérateur est un matériau qui contient de nombreux noyaux atomiques très légers, presque aussi léger qu’un neutron. Les neutrons sont alors ralentis par les chocs sur ces noyaux atomiques légers jusqu’à la vitesse de ces noyaux du modérateur. Selon la théorie du mouvement brownien, la vitesse des noyaux du modérateur est définie parsa température. On parle donc de thermalisation des neutrons plutôt que de ralentissement des neutrons. Contrairement à ce qu’évoque le terme « modérateur » celui-ci facilite et donc accélère la réaction.
Un réacteur qui utilise des neutrons thermiques pour réaliser la fission nucléaire est dénommé réacteur thermique, au contraire d’un réacteur rapide qui utilise pour la fission des neutrons quin’ont pas été ralentis (d’où la dénomination réacteur à neutrons rapides).
Pilotage de la réaction en chaîne[modifier]
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réacteur à eau bouillante:
1. barre d’arrêt d’urgence
2. barre de contrôle
3. assemblage combustible
4. protection biologique
5. sortie de vapeur
6. entrée de l’eau
7. protection thermique
Le pilotage d’un réacteur nucléaire repose surle maintien d’une masse critique de combustible nucléaire au cœur du réacteur. Pour permettre un meilleur rendement du réacteur, on effectue une thermalisation des neutrons à l’aide d’un modérateur. Et pour évacuer l’énergie thermique produite par la réaction en chaine, on utilise un caloporteur. Dans le cas d’un réacteur REP, l’eau sert à la fois de caloporteur et de modérateur.
Pour que laréaction en chaîne ne s’amplifie pas indéfiniment, elle doit être pilotée. Pour cela, on utilise un matériau absorbant les neutrons. Par exemple, le cadmium, gadolinium et le bore. À partir de compositions chimiques de ces éléments, on fabrique, par exemple, les barres de contrôle du réacteur nucléaire. Le réacteur peut être contrôlé par l’introduction ou le retrait de ces barres dans le cœur. Laréaction en chaîne est entretenue selon le principe suivant : en entourant le matériau fissile d’un réflecteur de neutrons, on favorise la fission, ce qui diminue la quantité nécessaire au déclenchement de la réaction ; en revanche, la présence d’un absorbeur de neutrons a l’effet contraire.
La description du comportement du cœur s’appuie sur la neutronique. Le paramètre le plus important d’un…