Masse critique (reaction nucleaire)


Masse critique (reaction nucleaire)

Masse critique (réaction nucléaire)

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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.

Sommaire

Caractérisation

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 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 a l'effet contraire.

Masses critiques

Masses critiques de quelques isotopes[1]:

Isotope Masse critique (kg) demi-vie (années) Chaleur de fission (W/kg) Production de neutrons (kg-1.s-1)
U 233 16 160 000 0.28 1.2
U 235 48 700 000 000 0.000 06 0.36
Np 237 59 2 100 000 0.021 0.14
Pu 238 10 88 560 2 700 000
Pu 239 10 24 000 2.0 22
Pu 240 37 6 600 7 1 000 000
Pu 241 13 14 6.4 49
Pu 242 89 380 000 0.12 1 700 000
Am 241 57 430 110 1 500

Exemples

  • Dans un réacteur nucléaire, où la forme de l'assemblage de matériaux fissiles (plutonium ou uranium) est fixée, mais pas sa composition, puisque la matière fissile se consomme lentement, le contrôle est obtenu par l'insertion ou le retrait de barres de contrôle (contenant un absorbeur de neutrons, bore ou cadmium). Quand les barres sont insérées, la masse critique n'est pas atteinte.
  • Dans les bombes atomiques (voir schémas dans cet article), deux méthodes existent pour obtenir cette masse critique.
    • Gun device — 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.
    • 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 USA 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

Voir aussi

Liens internes

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