Bilan neutrons (fission)

Que deviennent les neutrons de la fission ?

L’objectif dans un réacteur est d’entretenir la réaction en chaîne des fissions. Il s’agit que, sur les 2 à trois neutrons primaires produits lors d’une fission, un au moins (ni plus ni moins) produise une seconde fission.

Les neutrons de fission sont produits dans les réacteurs avec un énergie considérable, de l’ordre de 1 à 2 millions d’électronvolts ou MeV. Ces neutrons sont dits rapides. Ils vont subir un nombre élevé de collisions qui les ralentissent. S’ils ne sont pas capturés en chemin, ils deviendront des neutrons lents et pourront donner lieu à une fission secondaire.

L’énergie des neutrons qui déclenchent la réaction de fission joue un rôle essentiel dans le fonctionnement des réacteurs actuels, dont les plus courants à eau pressurisée et à eau bouillante. La probabilité des réactions de fission varie beaucoup avec l’énergie des neutrons. Faible avec des neutrons rapides, elle devient importante avec des neutrons lents.

Qu’advient-il à ces neutrons lors de leur ralentissement ? Plusieurs possibilité leur sont offertes

1) – Une simple collision: c’est le phénomène le plus fréquent. La collision est dite élastique car le neutron rebondit sur le noyau. C’est ainsi qu’il perd de son énergie et se ralentit.

2) – Perte par fuites : Le neutron est perdu pour la réaction en chaîne car il sort du cœur du réacteur pour ne plus y revenir. Dans un réacteur à eau pressurisée la majorité des fuites sont dues à des neutrons rapides.

En dehors des collisions élastiques et des pertes par fuites, le neutron peut être aussi capturé par un noyau. Selon le noyau cible et la façon dont il réagit, on distingue trois types de capture.

3) – Une capture stérile : le neutron est capturé par les noyaux des métaux de structure, du modérateur, des gaines de combustible, des barres de contrôle ou encore par des noyaux fissile mais sans donner de fission. Ces neutrons font partie des pertes pour la réaction en chaîne. Les matériaux de structure sont activés (rendus radioactifs) par ces captures. Ils doivent être le plus possible transparents aux neutrons. C’est la raison d’être de l’emploi du zirconium pour les gaines enrobant le combustible.

4) – Une capture fertile : le neutron est capturé par un noyau d’uranium-238 qui va se transformer en plutonium-239. Le noyau n’a pas subi de fission, mais le plutonium-239 est prêt à en subir une au prochain neutron qu’il capturera. Les captures fertiles sont surtout le fait des neutrons rapides.

5) – Une capture fissile : le noyau est capturé par un noyau d’uranium ou de plutonium qui subit une fission et génère de nouveaux neutrons prêts à contribuer à leur tour à la réaction en chaîne. Si les neutrons rapides sont capables de déclencher des fissions, y compris dans l’uranium-238, celles-ci sont principalement le fait des neutrons lents dans l’uranium-235 et le plutonium-239.