Les caractéristiques physiques de la fission
Les caractéristiques physiques de la fission
Trois propriétés essentielles caractérisent le phénomène de fission qui vient enfin d’être mis à jour.
– La première d’entre elles, qui a fortement contribué à embrouiller les pistes des chercheurs européens des années 1936-1938, c’est le grand nombre des produits issus de la scission des noyaux qui fissionnent. Lorsque des neutrons bombardent l’uranium, un seul des deux isotopes de cet élément, 235U conduit à la fission. En fait, c’est le noyau 236U, résultant de la capture du neutron par le précédent, qui va se scinder en deux. Mais à partir de cette origine unique, toute une gamme de produits vont être engendrés. Bien entendu, la fission de chaque noyau 236U n’engendre que deux noyaux lourds, mais lorsqu’un autre 236U va fissionner, il donnera naissance à deux autres fragments, de masse et de charge voisines, mais différentes des deux premiers. Et ainsi de suite. Cependant, ce qui est frappant, et bien typique de la physique statistique, c’est que lorsque l’on observe la fission de grands nombres de noyaux identiques, dans les mêmes conditions expérimentales (exemple : neutrons lents + 235U), on aboutit toujours à la même distribution en numéro atomique et en masse atomique des fragments produits.
– La deuxième propriété caractéristique de ce phénomène, c’est la grande quantité d’énergie libérée. Ce point peut être abordé sous deux angles, l’origine de cette énergie, et la façon dont elle se manifeste.
Comme l’énergie apparaissant dans la radioactivité, celle qui se manifeste dans la fission provient du bilan des masses entre les produits initiaux et finaux. La somme des masses du neutron incident et de l’uranium 235, symbolisés dans le plateau de gauche de la balance est supérieure d’environ un pour mille à celle des masses des fragments et neutrons dessinés dans le plateau de droite. Cette différence de masse semble très faible, mais, grâce au formidable coefficient c2 apparaissant dans l’équation d’Einstein (E = m ■ c2), elle correspond à une grande énergie libérée (185 millions d’électronvolts par événement de fission).
Cette énergie se manifeste principalement – et c’est le deuxième angle sous lequel nous l’abordons – sous la forme d’énergie cinétique des deux fragments libérés (celle des neutrons étant comparativement faible). En effet, la fission commence par un étirement du noyau 236U, qui aboutit à la formation de deux renflements séparés par un « col » . Lors de la rupture de ce col, les deux fragments se retrouvent à la fois libres et proches l’un de l’autre. Ils vont alors exercer l’un sur l’autre – et subir – une puissante répulsion de nature électrostatique due à leur charge. C’est cette répulsion qui va les accélérer, leur communiquant une énergie cinétique considérable . En vertu du principe de conservation de la quantité de mouvement, cette énergie se répartit en fonction inverse de la masse des fragments, le plus lourd d’entre eux emportant la plus faible énergie. La somme de ces deux énergies étant d’environ 185 MeV, si les fragments possèdent des masses égales à 95 et 140, par exemple, leurs énergies cinétiques seront respectivement égales à 110 et 75 MeV.
Bien entendu, cette grande énergie libérée dans la fission est à l’origine des applications énergétiques de ce phénomène. Les physiciens se rendirent immédiatement compte de l’éventualité de telles applications dès le mois de janvier 1939 et s’employèrent à vérifier ces hypothèses.
– Enfin, la troisième caractéristique du phénomène de fission, c’est que l’émission des deux fragments principaux, dont la radioactivité avait tant intrigué les physiciens, s’accompagne de celle de neutrons.
Avant de quitter ce sujet, remarquons finalement que le processus de fission, tel que nous venons de le décrire, ne relève pas de la radioactivité. En effet, il s’agit d’une réaction nucléaire, provoquée par l’impact d’un projectile, et non d’un phénomène spontané comme tous ceux qui entrent en jeu dans les différents modes de radioactivité que nous avons rencontrés – et ceux qu’il nous reste à découvrir…
Vidéo : Les caractéristiques physiques de la fission
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