Masse critique (réaction nucléaire)

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher
Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir masse critique.
image illustrant le nucléaire
Cet article est une ébauche concernant le nucléaire.

Vous pouvez partager vos connaissances en l’améliorant (comment ?) selon les recommandations des projets correspondants.

Consultez la liste des tâches à accomplir en page de discussion.

La masse critique d'un matériau fissile est la quantité de ce matériau nécessaire au déclenchement d'une réaction nucléaire en chaîne de fission nucléaire.

Caractérisation[modifier | modifier le code]

Elle dépend des propriétés nucléaires du matériau considéré (section efficace de fission, et nombre de neutrons produits par la fission), mais aussi de ses propriétés physiques (en particulier de sa densité), de sa forme et de sa pureté.

En effet, un matériau fissible est un matériau qui contient des atomes lourds ( U235 par exemple) qui se cassent (fission) sous l'impact d'un neutron.

Le résultat de cette fission consiste en des produits résiduels de fission , de l'énergie (principalement calorifique)  et l'émission de 2 à 3 nouveaux neutrons , qui eux mêmes vont casser d'autres noyaux, etc, etc, d'où le terme de «réaction en chaine».

Néanmoins, ce processus est théorique. En simplifiant: tous les neutrons ne sont pas forcément absorbés par un noyau fissible, d' autres sont absorbés par des impuretés, d'autres enfin sortent du matériau sans avoir pu rencontrer un noyau à casser.

On comprend que si l'on joue sur la taille, la densité, la pureté du matériau, la forme même, une plus grande proportion des neutrons va  être efficace. Pour une certaine quantité du matériau, on est sûr que la réaction en chaine va démarrer, c'est ce qu'on appelle la masse critique.

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 au sein de la matière fissile entraîne l'effet contraire.

Masses critiques[modifier | modifier le code]

Masses critiques de quelques isotopes[1]:

Isotope Masse critique (kg) demi-vie (années) Chaleur de fission (W/kg) Production de neutrons (neutrons/kg/s)
Uranium 233 16 160 000 0,28 1,2
Uranium 235 48 700 000 000 0,00006 0,36
Neptunium 237 59 2 100 000 0,021 0,14
Plutonium 238 10 88 560 2 700 000
Plutonium 239 10 24 000 2,0 22
Plutonium 240 37 6 600 7 1 000 000
Plutonium 241 13 14 6,4 49
Plutonium 242 89 380 000 0,12 1 700 000
Américium 241 57 430 110 1 500

Exemples[modifier | modifier le code]

  • Dans un réacteur nucléaire, le matériau dépasse bien sûr la masse critique , mais il n'y a pas de réaction en chaine car on contrôle finement le nombre de neutrons pour qu'il soit stable. Ceci est obtenu par l'insertion ou le retrait de barres de contrôle (contenant un absorbeur de neutrons, bore ou cadmium).
  • Dans les bombes atomiques (voir schémas dans cet article), deux méthodes existent pour obtenir cette masse critique.
    • l'insertion — Méthode la plus simple : dans une sorte de tube de canon, deux masses subcritiques sont projetées l'une à l'intérieur de l'autre, l'assemblage étant critique. Exemple : bombe d'Hiroshima à l'uranium.
    • l'implosion — Méthode plus performante, parce que plus rapide : Une sphère creuse de matériaux fissiles est compressée par des lentilles explosives pour former une boule très dense, supercritique. Exemple : bombe de Nagasaki au plutonium.

L'AIEA définit comme une « quantité significative » de matière fissible la quantité de matière nécessaire pour faire une bombe à implosion de première génération, du type de celle de Nagasaki. Les quantités significatives retenues par l'AIEA sont de 8 kg de plutonium, et 25 kg d'U-235 sous forme d'uranium hautement enrichi (en tenant compte des pertes de production). Toutefois, les États-Unis ont rendu public le fait que 4 kg de plutonium suffisent à réaliser un engin nucléaire explosif. Si on se fonde sur le même ratio de masse critique, une quantité trois fois supérieure (de l'ordre de 12 kg) d'UHE serait suffisante pour un engin de cette technologie[2].

Références[modifier | modifier le code]

  1. D'après Monitoring nuclear weapons and ... - Google Livres.
  2. D'après International Panle on Fissile Materials

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]