Criticité prompte

En ingénierie nucléaire, la criticité prompte est atteinte par un système lorsque la réaction en chaîne d'une fission nucléaire est provoquée uniquement par des neutrons prompts, c'est-à-dire les neutrons libérés par un atome précédemment fissionné et qui provoque lui-même une fission supplémentaire, et ce de manière exponentielle. La criticité prompte (ou prompt-criticité) est un cas particulier de supercriticité. Un système est critique si chaque fission provoque, en moyenne, exactement une fission supplémentaire. Il se produit alors une réaction en chaîne de fissions auto-entretenue. Par exemple, lorsqu'un atome d'uranium-235 (U-235) subit une fission nucléaire, il libère typiquement un à sept neutrons, avec une moyenne de 2,4. Dans cette situation, un assemblage est critique si chaque neutron libéré a une probabilité 1/2.4 = 0.42 = 42 % de provoquer un autre événement de fission, au lieu d'être absorbé par capture sans fission ou de s'échapper du cœur de matières fissiles. Le nombre moyen de neutrons provoquant de nouvelles fissions est appelé facteur effectif de multiplication des neutrons, et est désigné habituellement par les symboles k-effectif, k-eff ou k. Lorsque k-effectif est égal à 1, l'assemblage est appelé critique. Si k-effectif est inférieur à 1, l'assemblage est dit sous-critique et si k-effectif est supérieur à 1, l'assemblage est appelé supercritique. Dans un assemblage supercritique, le nombre de fissions par unité de temps, N, ainsi que la production d'énergie, augmente de manière exponentielle avec le temps. La rapidité avec laquelle il croît dépend du temps moyen T avant que les neutrons libérés lors d'une fission provoquent une autre fission. Le taux de croissance de la réaction est donné par : La plupart des neutrons libérés lors d'une fission proviennent des fissions précédentes. Ces neutrons sont appelés neutrons prompts ou instantanés : ils frappent d'autres noyaux et provoquent des fissions supplémentaires en quelques nanosecondes (l'intervalle moyen utilisé par les scientifiques du projet Manhattan était d'un shake, ou 10 nanosecondes).