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fission nucléaire
Schéma d'une réaction nucléaire.
1) Un noyau de uranium-235 Il est « bombardée » par un neutron de fission se produit et qui casse le noyau en deux atomes (krypton et baryum) Et trois neutrons libres et l'électricité.
2) L'un de ces neutrons est absorbée par un autre noyau d'uranium-238 et est perdu dans le budget. Un second neutrons peut « échapper » du système ou être absorbé par un élément qui ne continue pas la réaction. Le troisième neutron est absorbé par un noyau d'uranium 235 qui se divise en deux atomes libérant deux neutrons et d'énergie.
3) Les deux neutrons libérés entrent en collision avec deux d'uranium 235 noyaux et chaque noyau libres de un à trois neutrons qui servent à continuer la réaction en chaîne.
fission nucléaire
La distribution des produits de fission de 'uranium-235.

en la physique nucléaire la la fission ou la fission nucléaire est un procédé dans lequel la noyau un élément chimique lourd (par exemple uranium-235 ou plutonium-239) décennie en fragments plus petits, ou dans les noyaux des atomes de carbone dans numéro atomique inférieur, avec l'émission d'une grande quantité de énergie et radioactivité.

La fission peut se produire spontanément dans la nature ou être induite artificiellement par un bombardement approprié de neutrons.

Il est couramment utilisé dans la réaction nucléaire réacteurs nucléaires et dans les types les plus simples de arme nucléaire, ces bombes tous 'uranium (comme Little Boy qui a frappé Hiroshima) Ou plutonium (comme Fat Man qui a frappé Nagasaki)[1] . Toutes les bombes à fission nucléaire sont militairement étiquetés A bombes.

histoire

La première fission nucléaire artificielle (par exemple d'origine humaine) a eu lieu en 1932 par Ernest Walton et John Cockcroft, que l'accélération de protons contre un atome lithium-7 ont été en mesure de diviser son noyau en deux les particules alpha (soit deux noyaux hélium); le phénomène était connu comme diviser l'atome.[2] Le 22 Octobre 1934 la première fission nucléaire artificielle d'un atome d'uranium a été réalisé par un groupe de physiciens italiens dirigés par Enrico Fermi (Soi-disant "garçons Panisperna« ) Alors que bombardant de l'uranium avec des neutrons. Le groupe de physiciens italiens, cependant, n'a pas remarqué ce qui était arrivé, mais la pensée au lieu de produire de nouvelles transuraniens.

À la fin de Décembre 1938, exactement la nuit entre 17 et 18, deux produits chimiques nucléaire allemande, Otto Hahn et son jeune assistant Fritz Strassmann, ont été les premiers à démontrer expérimentalement que noyau uranium-235, si elle absorbe un neutron, peut être divisée en deux fragments, donnant ainsi lieu à une ou plusieurs de la fission du noyau (chimie fu Ida Noddack à la fission d'abord en l'hypothèse 1934, alors que les fondements théoriques auront grâce à Otto Frisch et sa tante Lise Meitner). A ce stade, pour les chimistes et les physiciens ont commencé à former l'idée que vous pouvez utiliser ce processus, la construction des réacteurs qui contiennent la réaction, pour produire de l'énergie ou des armes nucléaires (le première bombe atomique a explosé 16 Juillet 1945 à polygone Alamogordo en New Mexico).

description

Dans la fission nucléaire, quand un noyau de matière fissile (Qui produit des neutrons de toute fission énergie cinétique) Ou fissile (seulement des neutrons à haute énergie cinétique, dit rapide) absorbe un neutron, se divise produisant deux ou plus petits noyaux et un nombre variable de nouveaux neutrons. la isotopes produit par cette réaction sont radioactif car ils possèdent un excès de neutrons et subissent une chaîne de désintégrations bêta jusqu'à ce que vous arrivez à une configuration stable. De plus dans les produits de fission sont généralement 2 ou 3 neutrons rapides libres. L 'énergie complètement libéré de la fission du noyau de 1 235U est 211 MeV, une grande quantité donnée par la formule

où la première masse est la masse le noyau formé par le système de 235U et par le neutron incident (un système qui est supposé stationnaire dans le laboratoire de référence), la seconde masse est la somme des masses des noyaux et des neutrons produits et c est le vitesse de la lumière dans l'oreille d'un sourd (299 792,458 km / s). Par conséquent, dans cette partie de phénomène de l'énergie de masse / reste du système initial disparait et pour la conservation de la masse / énergie la majorité (environ 170 MeV) en énergie cinétique des fragments lourds des produits de réaction (nouveaux atomes et neutrons) d'un autre type est convertie en énergie. Environ 11 MeV sont transportés loin que l'énergie cinétique neutrino délivré au moment de la fission, le reste est sous forme de l'énergie électromagnétique (les rayons gamma). L'énergie réellement utilisable comme énergie thermique est d'environ 200 MeV par fission. À titre de comparaison dans un processus commun combustion, l 'oxydation d'un atome carbone Il fournit une énergie d'environ 4 eV, une énergie qui est inférieure à cinquante millionièmes de celle produite dans la réaction de fission nucléaire.

Les nouveaux neutrons produits peuvent être absorbés par les noyaux d'atomes de uranium-235 voisins: si cela se produit peut produire une nouvelle fission de noyau. Si le nombre de neutrons qui se traduisent par de nouvelles fissions est supérieur à 1 il y a un réaction en chaîne dans lequel le nombre de fissions augmentations de façon exponentielle; si ce nombre est égal à 1 il y a une réaction stable et dans ce cas on parle de masse critique. La masse critique est donc que la concentration et l'agencement des atomes avec des noyaux fissiles dont la réaction en chaîne est auto-alimenté d'une manière stable et le nombre total de neutrons présents dans le système ne varie pas. Si vous changez cette disposition, le nombre de neutrons absorbés peut descendre, et dans ce cas, la réaction est désactivée ou augmentation, et il en résulte que la réaction croît de façon exponentielle ou non est plus contrôlée. Ainsi, en écrivant:

si l'agencement est tel que l'on a K> 1, alors le nombre de neutrons augmente, si K < 1 diminuisce, mentre se K = 1 il numero di neutroni resta stabile e si parla di masse critique. La quantité K est défini dans la physique du réacteur en tant que facteur de multiplication effectif et est essentielle pour le contrôle du réacteur lui-même.

La fission nucléaire est le processus sur lequel reposent les réacteurs à fission nucléaire et des bombes atomiques (ou, mieux, nucléaire). Si pour les réacteurs nucléaires de la valeur K ne doit jamais dépasser la valeur de 1 sinon d'une très faible quantité (par exemple lorsque vous augmentez la puissance du réacteur, puis vous pouvez obtenir à K = 1,005) pour armes nucléaires la valeur de K doit être aussi élevée que possible et dans ce cas, vous pouvez obtenir à K = 1,2.

L 'uranium Il se trouve dans la nature comme un mélange de deux isotopes: 238U 235U dans un rapport de 150 à 1, par conséquent, l'uranium-235 est de 0,7% seulement de l'uranium total et est le seul à être fissile. Le procédé de la enrichissement Il consiste à augmenter le pourcentage en masse d'uranium 235U au détriment des 238U de manière à être en mesure d'avoir un nombre suffisant de noyaux fissiles pour faire fonctionner le réacteur, dans ce cas, l'enrichissement varie de 3% à 5%, ou de construire une bombe atomique, dans ce cas, l'enrichissement allant jusqu'à 90 %. Dans une réaction, la présence d'impuretés et d'atomes 238U et, dans les réacteurs, de pertinent barres de commande qui ont le but de contrôler la réaction en chaîne, signifie que seule une partie des neutrons émis sera absorbé par les noyaux de matières fissiles.

Les résidus de la réaction

Atomes avec nombre de masse Ils ont une plus grande proportion de neutrons par rapport à masse atomique plus élevés que ceux avec un nombre de masse inférieur, pour lequel un processus de fission produit des fragments de fission avec un grand nombre de neutrons; ces isotopes à devenir stables doit donc présenter une désintégration bêta à plusieurs reprises. la temps de décroissance de ces éléments, il dépend du type de base du produit et peut varier de quelques millisecondes jusqu'à des dizaines d'années. Pour cela toutes les réactions de fission produisent isotopes radioactifs dont certains restent actifs pendant longtemps. De plus, les réactions de fission de '235U qui se produisent dans les réacteurs nucléaires ont lieu en présence d'un grand nombre de noyaux 238U, ceux-ci absorbent une partie des neutrons produits transformés en 239U (réaction de fertilisation) dans laquelle désintégrations devient rapidement deux fois bêta plutonium-239 qui a beaucoup plus de temps Decay (réduit de moitié en 24 000 ans). Ainsi, les réactions de fission produisent de nombreuses substances radioactives extrêmement nocives, mais en déchets provenant de la désintégration des produits de fission dans quelques décennies, le plutonium reste radioactif pendant des millions d'années.

La désintégration radioactive produit de l'énergie par l'émission de rayons bêta (Désintégration bêta) et, par conséquent, il est important de refroidir les barres combustible nucléaire après l'arrêt d'un réacteur ou quand ils deviennent plus utilisables pour produire de l'énergie.[3]

Pour construire les réacteurs nucléaires qui ne produisent pas de déchets nucléaires de la cinquantaine la siècle dernier Ils étudient les réacteurs la fusion nucléaire, mais pour l'instant ces réacteurs ont une opération non continue (vous ne pouvez pas garder « allumé » la réaction de fusion nucléaire pour des temps de l'ordre de grandeur de quelques dizaines de secondes); la recherche dans ce domaine, cependant, se poursuit, même parmi mille doutes quant à leur faisabilité et hypothèse possible d'avoir le premier fonctionnement du réacteur par 2058. Le réacteur de fusion nucléaire le plus prometteur est que dans le cadre de la construction du projet ITER dans le site français Cadarache.[4]

La production de plutonium pourrait également être effectuée rapide des réacteurs surgénérateurs dans lequel, en plus de la fission de l'uranium-235 fissiona ainsi qu'une partie du plutonium-240 de la fécondation format uranium-238.[peu clair]

notes

  1. ^ Rappelez-vous, cependant, que la bombe de plutonium a un pourcentage de 239Pu supérieur à 93%, tandis que la production des réacteurs nucléaires est d'environ 60% en fonction de la burnup.
  2. ^ (FR) Cockcroft et Walton divisé lithium avec des protons de haute énergie avril 1932., www-outreach.phy.cam.ac.uk.
  3. ^ Quelle est la chaleur de désintégration, gaianews.it.
  4. ^ (FR) Progress in Fusion, ITER. Extrait le 15 Février, 2010.

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