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(S-8A-4) Contrôle de la réaction nucléaire
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Index
S-2.Les
couches du soleil S-3.Le soleil
magnétique S-3A. Champs
magnétiques
interplanétaires S-4. Couleurs
de la lumière
du soleil S-4A.
Expériences avec les
couleurs du soleil S-5.Ondes
et photons Facultatif: Physique quantique Q1.Physique quantique Q2. Les atomes
(plus 6
) -------------------------- S-6.Rayons X du
soleil S-7.Energie du
soleil S-7A. Le trou
noir du centre de notre galaxie LS-7A.
Découverte des atomes et des noyaux S-8.Puissance
nucléaire S-8A-1.Energie
nucléaire (premier lien de 5 sections) S-9.Les armes
nucléaires |
. 4. Le contrôle de la réaction nucléaireIl faut élaborer des techniques et des procédés pour obtenir une réaction nucléaire en chaîne. Pendant un temps donné, la vitesse de fission ne doit pas être trop élevée. Si au cours de celle-ci, plusieurs neutrons en déclenchent d’autres, la température augmente progressivement . La libération d'énergie n'est jamais assez rapide pour que le réacteur explose comme le fait une bombe (un avantage de l'utilisation des neutrons thermiques), mais sans contrôle, la réaction se développe et peut rapidement détruire le réacteur. [Figure 5 --
réacteur nucléaire] Ce contrôle se fait par des barres de contrôle construites en un matériau comme le métal cadmium, qui a une grand coefficient d'absorption pour les neutrons. Les tiges sont automatiquement enfoncées dans le réacteur pour réduire le taux de fission, ou élevées pour le maintenir ou l’augmenter. Cela permet de contrôler la présence des neutrons ralentis. Environ 98% des neutrons libérés dans une fission sont des neutrons rapides, libérés plus rapidement que le temps de réaction des machines à contrôle automatiques. Mais 2% sont des neutrons ralentis , dont la réactivité présente une très faible marge de contrôle. Les réacteurs doivent rester dans une marge de 2% entre la fission « emballée » ou la fission « avortée ». C’est une marge très faible, et il faut donc contrôler la puissance du réacteur par de multiples dispositifs de sécurité indépendants. |
En cas d'urgence, un arrêt d'urgence (un "Scram") se déclenche automatiquement et enfonce ou retire par divers procédés les barres, utilisant d’ailleurs en plus des barres affectées aux situations d'urgence, normalement hors circuit. La réaction en chaîne s'arrête immédiatement, mais pas la désintégration radioactive des fragments de fission. Bien qu'il s’agisse alors d’une libération d’énergie très inférieure à celle de la fission, il reste toujours dans les heures qui suivent suffisamment de chaleur pour faire fondre ou endommager certaines parties du réacteur ("nuclear meltdown") aussi faut-il cotinuer à maintenir la circulation de l'eau de refroidissement. Le 28 Mars 1979, le réacteur nucléaire de Three Mile Island en Pennsylvanie, rencontra un problème et s’arrêta automatiquement, mais comme les opérateurs avaient mal interprété le mécanisme de la fermeture du réacteur et celui du contrôle de sécurité assurant le refroidissement en cas d'urgence, il en résulta une fonte du réacteur partielle. Aux États-Unis et dans la plupart des pays, les réacteurs sont entourés d'une épaisse enceinte de béton , de sorte qu’en cas de fonte la contamination par les produits de fission échappés du réacteur (pas dans le cas de Three Mile Island), ne se propage pas. Le 25 avril 1986, une erreur de surveillance fut aussi cause de l’accident du réacteur de Tchernobyl . L'un des réacteurs d’une centrale électrique alimentant Kiev, capitale de l'Ukraine, a atteint son "point critique", avec une réaction en chaîne incontrôlable, provoquée par la production exclusive de neutrons rapides. Son noyau était en graphite, et le dégagement soudain de chaleur fit exploser le sommet de son enceinte. Secondairement le coeur s’enflamma, générant un panache de fumée constituée d’un mélange de produits de fission radioactifs qui contaminèrent une large zone autour de la station, (par la suite évacuée, et le restant actuellement), et une grande partie de l'Europe. SurgénérateursL' Inde en particulier, s’est intéressée à ce processus, car elle possède de grandes réserves de thorium. Le premier surgénérateur commercial, relativement petit fut opérationnel dès 1957 près de Shippingport, banlieue de Pittsburgh, Pennsylvanie. Il utilisa d'abord du carburant classique à base de 235U et de neutrons ralentis ( thermiques) . En 1977, il fut modifié en un efficace "générateur" de thorium en 233U (reference #16). Son explotation prit fin en 1982, après 25 ans de service, et le réacteur fut tout à fait décontaminé et brulé loin de l'état de Washington. En pratique, les surgénérateurs à uranium sont difficiles à concevoir et à entretenir, car la conversion de 238U en plutonium est plus efficace avec les neutrons rapides (également utilisé dans des bombes nucléaires). Ils ne peuvent pas être refroidis avec de l’eau (qui ralentit les neutrons), et cela conduit à evoir le faire avec un métal en fusion, par exemple, du sodium liquide. Quelques surgénérateurs ont été menés à bien, mais actuellement très peu sont utilisés pour la production d'énergie domestique. Pour le plaisir: Les mines d'uranium du Gabon, en Afrique, ont suplanté l’ancien système de combustible de la puissance nucléaire française. En 1972, on a découvert que certains des gisements d'uranium de Oklo, au Gabon, étaient relativement pauvres en 235U, et contenaient une variété d'isotopes inhabituels qui pourraient être issus de la fission nucléaire (référence #14). On estime qu’il y a près de 1,5 milliards d'années, avec une concentration de 235U plus élevée (sa demi-vie est d'environ 0,8 milliards d'années), il s’est produit un processus naturel de fission dans certains de ces dépôts, sur une longue durée (# 14). L'origine en est due à l’infiltration d'’eau dans le gisement' ce qui a entrainé la formation d'un modérateur naturel. Ce processus est probablement cyclique - la chaleur produite par la fission évacue l'eau et arrête la réaction, jusqu'à une nouvelle infiltration de l’eau. Problèmes( Réponses en section S-8A-5)(1) A quoi servent à l'industrie nucléaire les éléments comme le deutérium (2H), le carbone (12C),le cadmium,le Thorium (232T), l'Uranium (238U), (235U) et (233U),le Plutonium (239Pu). (2) Etablir un glossaire définissant brièvement par ordre alphabétique, en vos propres termes : réacteur à neutrons ( surgénérateur), Cadmium, accident de Tchernobyl, batiment de confinement, barres de contrôle, neutrons rapides, fonte, phénomène de Oklo, point critique d'un réacteur, cycle du thorium, accident de Three Mile Island. Note finale La première réaction nucléaire contrôlée eu lieu le 2 Décembre 1942. Le réacteur était une "pile" quasi-sphérique de briques de graphite (carbone) purifié, avec des boîtes d'oxyde d'uranium encastrées à intervalles fixes, et des cavités pour les barres de contrôle. Il était enfermé dans un local sous les gradins du stade (détruit depuis) de l'Université de Chicago, et le projet était sous la responsabilité du physicien italien (et lauréat du prix Nobel) Enrico Fermi. Lorsqu’une réaction en chaîne fut réussie (à un petit niveau, car aucun refroidissement n’était prévu), Arthur Compton, un des leaders du projet, le téléphona à Washington à James Conant, président du « National Defense Research Committee ». Le projet étant secret, il dut dissimuler. Il dit (à partir du #15, en résumé) :
Conant répondit:" les indigènes sont-ils gentils?" Compton: "Tout le monde a atterri en sécurité et avec bonheur"
Références#1 Vue d'ensemble des découvertes liées à des atomes et des noyaux: http://www.phy6.org/stargaze/Ls7adisc.htm #2. Dissolutions des Ions dans l'eau, http://www.phy6.org/Education/whposion.html #3 Electrons "bouillonnants" sur un fil chaud dans le vide, http://www.phy6.org/Education/welect.html #4 A propos des rayonnements électromagnétiques, http://www.phy6.org/stargaze/Fsun5wave.htm #5 Phénomènes quantiques, http://www.phy6.org/stargaze/FQ1.htm et les 7 sections Q2 ... Q7 qui suivent #6 "Lignes spectrales" des différents éléments, émises lors de leur descente d'un haut niveau d'énergie à un niveau inférieur, http://www.phy6.org/stargaze/Fsun4spec.htm #7 Pourquoi les planètes ont-elles une énergie négative http://www.phy6.org/stargaze/Fkepl2nd.htm #8 http://www.phy6.org/stargaze/Fsun7enrg.htm (à la fin) #9 Unités des particules d'énergie http://www.phy6.org/Education/wenpart1.html #10 (a) ) Section sur la fission nucléaire dans "Hyperphysics" de Rod Nava, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/nucene/u235chn.html (b) et aussi : courbe de l'énergie de liaison http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin.html #11 Le photon http://www.phy6.org/stargaze/Fsun5wave.htm, (à a fin). #12 "Puissance nucléaire" http://www.phy6.org/stargaze/Fnuclear.htm Site sur les armes nucléaires http://www.phy6.org/stargaze/Fnucweap.htm Encore sur l’énergie du soleil http://www.phy6.org/stargaze/Fsun7enrg.htm #13 L'énergie nucléaire dans l'espace http://www.eoearth.org/article/Nuclear_reactors_for_space #14 Le réacteur de naturel de Oklo, http://en.wikipedia.org/wiki/Oklo_phenomenon #15 "The Making of the Atomic Bomb " de Richard Rhodes, 886 pp.,Simon and Schuster 1988. "Nuclear Renewal," est un petit livre sur l’énergie nucléaire du même auteur, analysé dans : http://www.phy6.org/outreach/books/NuclEnrg.htm #16 "If Nuclear Power Has a More Promising Future ..." de Leslie Allen, "Washington Post Magazine" Sunday supplement, 2 August 2009 (posted here).
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