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Concept
Masse critique (réaction nucléaire)
Résumé
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.
En effet, un matériau fissible est un matériau qui contient des atomes lourds ( uranium 235) 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 thermique) et l'émission de deux à trois nouveaux neutrons, qui eux-mêmes vont casser d'autres noyaux, d'où le terme de « réaction en chaîne ».
Néanmoins, ce processus est théorique. En simplifiant, tous les neutrons ne sont pas absorbés par un noyau fissible : certains sont absorbés par des impuretés, d'autres sortent du matériau sans avoir pu rencontrer un noyau à casser.
Ainsi, en faisant varier la taille, la densité, la pureté du matériau, la forme même, une plus grande proportion de neutrons va être efficace. Pour une quantité minimale de matériau, la réaction en chaîne peut 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 de quelques isotopes fissiles en configuration sphérique et à une densité donnée :
Dans un réacteur nucléaire, le matériau dépasse bien sûr la masse critique, mais il n'y a pas de réaction en chaîne 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).
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