Masse critique (réaction nucléaire)vignette|Louis Slotin, "titillant la queue du dragon" en 1946 dans le laboratoire de Los Alamos La masse critique de matière fissile est la masse minimale de matière suffisant au déclenchement d'une réaction de fission nucléaire en chaîne (voir aussi : fission nucléaire). 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.
Isotopethumb|upright=1.2|Quelques isotopes de l'oxygène, de l'azote et du carbone. On appelle isotopes (d'un certain élément chimique) les nucléides partageant le même nombre de protons (caractéristique de cet élément), mais ayant un nombre de neutrons différent. Autrement dit, si l'on considère deux nucléides dont les nombres de protons sont Z et Z, et les nombres de neutrons N et N, ces nucléides sont dits isotopes si Z = Z et N ≠ N.
Température neutroniquevignette|400px|Graphique des fonctions de densité de probabilité de vitesse de la vitesse de quelques gaz nobles à une température de (). Des distributions de vitesse similaires sont obtenues pour des neutrons modérés. La température neutronique, aussi appelée par métonymie « énergie des neutrons », est l'énergie cinétique moyenne d'un neutron libre dans sa population, énergie qui est habituellement donnée en électron-volts (abréviation eV et ses multiples, keV, MeV), la température étant en kelvins (K) ou en degrés Celsius (°C).
Plutonium 239Le plutonium 239, noté Pu, est l'isotope du plutonium dont le nombre de masse est égal à 239 : son noyau atomique compte et avec un état fondamental ayant un spin 1/2+ pour une masse atomique de . Il est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . Un gramme de présente une radioactivité de , tandis qu'un kilogramme de Pu pur est le siège d'environ par seconde. Il est radioactif avec une période de en produisant de l' par moyennant une énergie de désintégration de .
Uranium 238L'uranium 238, noté U, est l'isotope de l'uranium dont le nombre de masse est égal à 238 : son noyau atomique compte et avec un spin 0+ pour une masse atomique de . Il est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . Son abondance naturelle est de 99,2742 %, le reste de l'uranium naturel (0,7258 %) étant constitué d'uranium 235 (0,7202 %) et d'uranium 234 (0,0055 %). L'uranium 238 est faiblement radioactif, avec une période de d'années ().
BarnLe barn (symbole b) est une unité d'aire employée spécialement en physique nucléaire et en physique des particules pour exprimer les sections efficaces. Cette unité se situe en dehors du Système international. Sa valeur est de soit ou . Cette unité est du même ordre de grandeur que la section géométrique du noyau d'un atome, le rayon du proton étant de . Cependant, les valeurs des sections efficaces diffèrent notablement de leurs valeurs géométriques et varient également de façon importante en fonction de la nature, de l'énergie du flux de particules et des interactions qu'elles subissent en traversant le matériau considéré.
Isotope fissileUn isotope fissile est un élément chimique dont le noyau atomique peut subir une fission nucléaire sous l'effet d'un bombardement par des neutrons thermiques ou rapides. Le seul isotope fissile naturel par des neutrons thermiques est l', les autres étant produits artificiellement. Le terme « fissible », à l'emploi moins répandu, renvoie à des isotopes susceptibles de fissionner uniquement sous l'effet d'un bombardement de neutrons rapides.
Fission spontanéeLa fission spontanée est une forme de désintégration radioactive caractéristique des isotopes très lourds au cours de laquelle un noyau lourd se divise, sans apport d'énergie extérieur, en au moins deux noyaux plus légers. Le premier processus de fission nucléaire à avoir été découvert est la fission induite par neutrons. Cette observation a été annoncée en décembre 1938 par Otto Hahn et Fritz Strassmann. Une description théorique de la fission est proposée par Niels Bohr et John Wheeler 6 mois plus tard, en juin 1939.
OkloOklo is a region near the town of Franceville, in the Haut-Ogooué province of the Central African country of Gabon. Several natural nuclear fission reactors were discovered in the uranium mines in the region in 1972. Gabon was a French colony when prospectors from the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (the industrial parts, which later became Orano Cycle) discovered uranium in the remote region in 1956.
Enriched uraniumEnriched uranium is a type of uranium in which the percent composition of uranium-235 (written 235U) has been increased through the process of isotope separation. Naturally occurring uranium is composed of three major isotopes: uranium-238 (238U with 99.2739–99.2752% natural abundance), uranium-235 (235U, 0.7198–0.7202%), and uranium-234 (234U, 0.0050–0.0059%). 235U is the only nuclide existing in nature (in any appreciable amount) that is fissile with thermal neutrons.
Natural uraniumNatural uranium (NU or Unat) refers to uranium with the same isotopic ratio as found in nature. It contains 0.711% uranium-235, 99.284% uranium-238, and a trace of uranium-234 by weight (0.0055%). Approximately 2.2% of its radioactivity comes from uranium-235, 48.6% from uranium-238, and 49.2% from uranium-234. Natural uranium can be used to fuel both low- and high-power nuclear reactors. Historically, graphite-moderated reactors and heavy water-moderated reactors have been fueled with natural uranium in the pure metal (U) or uranium dioxide (UO2) ceramic forms.
Réacteur à eau légèreUn réacteur à eau légère (REL) ou light water reactor (LWR) est un réacteur nucléaire qui utilise de l'eau, aussi appelée eau légère, comme fluide caloporteur et modérateur. Cela le distingue du réacteur à eau lourde et du réacteur modéré au graphite. Il s'agit de réacteurs à neutrons thermiques. Les réacteurs à eau légère les plus courants sont les réacteurs à eau pressurisée (REP) et les réacteurs à eau bouillante (REB). D'autres types de réacteurs sont refroidis à l'eau légère, notamment les RBMK russes et des réacteurs militaires de production de plutonium.
Barre de contrôle (nucléaire)thumb|Barres de contrôle (2006) Une barre de contrôle ou barre de commande est une « pièce mobile » de matériau neutrophage servant à diminuer le facteur de multiplication des neutrons par capture stérile de neutrons ; ces absorbants neutroniques permettent ainsi de contrôler des réactions en chaîne dans l'industrie nucléaire.
Produit de fissionLes produits de fission sont des corps chimiques résultant de la fission d'un noyau atomique fissile : chaque noyau de matière fissile subissant une fission nucléaire se casse en deux (exceptionnellement trois) morceaux, qui se stabilisent sous forme de nouveaux atomes. Les produits de fission se forment suivant une distribution statistique (qui dépend faiblement du noyau fissile) et on y trouve des isotopes d'une bonne partie des éléments chimiques existants.
Modérateur (nucléaire)Placé au cœur d'un réacteur nucléaire, le modérateur est la substance qui ralentit les neutrons sans les absorber, permettant ainsi une réaction nucléaire en chaîne efficace. L'élément retenu pour concevoir le modérateur d'un réacteur nucléaire est le plus souvent soit : de l'hydrogène : réacteur à eau légère ; du deutérium : réacteur à eau lourde ; ou du carbone : réacteur au graphite. Le principe de ralentissement des neutrons est théorisé par le concept de thermalisation des neutrons et est utilisé dans les réacteurs à neutrons thermiques.
Neutron cross sectionIn nuclear physics, the concept of a neutron cross section is used to express the likelihood of interaction between an incident neutron and a target nucleus. The neutron cross section σ can be defined as the area in cm2 for which the number of neutron-nuclei reactions taking place is equal to the product of the number of incident neutrons that would pass through the area and the number of target nuclei. In conjunction with the neutron flux, it enables the calculation of the reaction rate, for example to derive the thermal power of a nuclear power plant.
Réaction en chaîne (nucléaire)vignette|redresse=1.3|Schéma d'une réaction en chaîne de fission nucléaire1. Un atome d' absorbe un neutron et se divise en deux nouveaux atomes (produits de fission), relâchant trois nouveaux neutrons et de l'énergie de liaison.2. L'un des neutrons est absorbé par un atome d' et ne continue pas la réaction, un autre neutron est simplement perdu. Cependant, un neutron entre en collision avec un atome d', qui se divise et relâche deux neutrons et de l'énergie de liaison.3.
Radioactivitévignette|Pictogramme signalant la présence de matière radioactive. (☢) vignette|La maison de Georges Cuvier, au Jardin des plantes de Paris, où Henri Becquerel découvrit la radioactivité en 1896. La radioactivité est le phénomène physique par lequel des noyaux atomiques instables (dits radionucléides ou radioisotopes) se transforment spontanément en d'autres atomes (désintégration) en émettant simultanément des particules de matière (électrons, noyaux d'hélium, neutrons) et de l'énergie (photons et énergie cinétique).
UraniumL’uranium est l'élément chimique de numéro atomique 92, de symbole U. Il fait partie de la famille des actinides. L'uranium est le naturel le plus abondant dans la croûte terrestre, son abondance est supérieure à celle de l'argent, comparable à celle du molybdène ou de l'arsenic, mais quatre fois inférieure à celle du thorium. Il se trouve partout à l'état de traces, y compris dans l'eau de mer. C'est un métal lourd radioactif (émetteur alpha) de période très longue ( d'années pour l' et pour l').
NeutronLe neutron est une particule subatomique de charge électrique nulle. Les neutrons sont présents dans le noyau des atomes, liés avec des protons par l'interaction forte. Alors que le nombre de protons d'un noyau détermine son élément chimique, le nombre de neutrons détermine son isotope. Les neutrons liés dans un noyau atomique sont en général stables mais les neutrons libres sont instables : ils se désintègrent en un peu moins de 15 minutes (880,3 secondes). Les neutrons libres sont produits dans les opérations de fission et de fusion nucléaires.
