3.   LES TRANSMUTATIONS PROVOQUEES - LES REACTIONS NUCLEAIRES

Il est possible de provoquer la désintégration des noyaux de manière artificielle en les bombardant avec des projectiles. Les neutrons constituent une particule idéale de bombardement. Lorsqu'un neutron rencontre un noyau, trois phénomènes peuvent se produire:

- le choc élastique (le neutron rebondit sur le noyau et se trouve dévié et ralenti)
- la capture (le neutron est happé par le noyau)
- la fission : le noyau est cassé en donnant naissance à 2 noyaux de masse moyenne, et en émettant plusieurs neutrons (2,5 en moyenne)

La fission est un phénomène rare qui ne peut se produire que sur des noyaux lourds qui sont très fragiles. Elle n'est provoquée facilement que sur un seul nucléide de la nature : ²³⁵U. Au cours de cette fission, une énergie énorme est libérée : la fission d'un seul gramme de ²³⁵U équivaut à la combustion de plus de 2,5 tonnes de charbon. Chaque neutron éjecté peut percuter un autre noyau, donc provoquer une nouvelle fission avec un nouveau dégagement d'énergie, entraînant ainsi une réaction en chaîne qui, si on ne la contrôle pas, libère une quantité d'énergie fantastique : c'est le principe de la bombe atomique.

Par contre, si on contrôle la réaction, en s'arrangeant pour que, à  chaque fission, un seul neutron au lieu des 2,5 émis provoque une nouvelle fission, on a ainsi dompté la réaction en chaîne.

Les neutrons émis au cours des fissions peuvent disparaître de trois manières différentes :

- provoquer une nouvelle fission
- être capturés par des noyaux non fissiles (par exemple les matériaux de structure du réacteur,²³⁸U)
- s'échapper du réacteur.

Il faut équilibrer ces trois possibilités. Les neutrons émis lors d'une fission ont une grande vitesse et sont facilement capturés par ²³⁸U. Ainsi, avec l'uranium naturel qui contient plus de 99% de ²³⁸U on a beaucoup plus de captures que de fissions. Pour améliorer la situation, il faut ralentir les neutrons. C'est le rôle des matériaux dits modérateurs qui sont d'autant plus efficaces que la masse du noyau rencontré est voisine de celle du neutron. Le meilleur modérateur est l'hydrogène ; l'eau qui contient de l'hydrogène est ainsi utilisée comme modérateur dans les réacteurs à eau pressurisée mais cela nécessite d'enrichir légèrement en ²³⁵U (environ 3%).