Les résultats de l’expérience de physique Chi-Nu au Laboratoire national de Los Alamos ont fourni des données essentielles et inédites pour améliorer les applications de sécurité nucléaire, comprendre la sûreté en matière de criticité et concevoir des réacteurs à neutrons rapides.
Comment cette étude approfondie sur les éléments actinides majeurs pourrait contribuer à éclairer notre compréhension des processus de fission.
L’expérience Chi-Nu et ses objectifs
Le projet Chi-Nu, une expérience de plusieurs années visant à mesurer le spectre d’énergie des neutrons émis lors de la fission induite par des neutrons, a récemment conclu l’analyse d’incertitude la plus détaillée et la plus étendue des trois éléments actinides majeurs : l’uranium-238, l’uranium-235 et le plutonium-239.
« La fission nucléaire et les réactions en chaîne nucléaire associées n’ont été découvertes que depuis un peu plus de 80 ans, et les expérimentateurs travaillent encore à fournir une image complète des processus de fission pour les actinides majeurs », a déclaré Keegan Kelly, physicien au Laboratoire national de Los Alamos.
« Au cours de ce projet, nous avons observé des signatures claires de processus de fission qui, dans de nombreux cas, n’avaient jamais été observées dans aucune expérience précédente. »
Les résultats de l’étude Chi-Nu
L’étude finale de l’équipe de Los Alamos sur l’isotope uranium-238 a été récemment publiée dans Physical Review C.
L’expérience a mesuré le spectre de neutrons de fission prompte de l’uranium-238 : l’énergie du neutron induisant la fission – le neutron qui percute un noyau et le divise – et la distribution d’énergie potentiellement large (le spectre) des neutrons libérés en conséquence.
Chi-Nu se concentre sur la fission « induite par des neutrons rapides », avec des énergies de neutrons incidentes en millions d’électronvolts, où il y a généralement eu très peu de mesures.
Données essentielles pour les travaux liés à la fission
Associés à des mesures similaires sur l’uranium-235 et le plutonium-239, les résultats des expériences Chi-Nu sont désormais, dans de nombreux cas, la principale source de données expérimentales guidant les efforts modernes pour évaluer le spectre de neutrons de fission prompte.
Les données informent les modèles nucléaires, les calculs de Monte Carlo, les calculs de performance des réacteurs et plus encore. Les éléments actinides et les réactions en chaîne qu’ils peuvent subir sont importants pour les armes nucléaires et les réacteurs énergétiques. (Les actinides sont les 15 éléments, tous radioactifs, ayant un numéro atomique de 89 à 103.)
Applications futures des compétences Chi-Nu
Les chercheurs continuent de dresser le tableau complet des isotopes actinides.
Dans des travaux adjacents financés par le Programme de sûreté et de criticité nucléaire, l’équipe expérimentale Chi-Nu collecte et analyse actuellement des données sur le plutonium-240 et l’uranium-233. Et avec la conclusion des mesures du Bureau des sciences expérimentales, l’équipe cherche à appliquer les compétences et les méthodologies qu’ils ont acquises avec les mesures de neutrons de fission à une série d’autres isotopes. Ils se tournent également vers des mesures de neutrons émis lors de réactions de diffusion de neutrons.
Dans ces réactions, les neutrons se déplacent à travers un matériau tout en déposant de l’énergie. Les spectres d’énergie et d’angle des neutrons et des rayons gamma émis sont mesurés, ainsi que la probabilité que la réaction se produise, généralement appelée section efficace de diffusion des neutrons.
En synthèse
Les résultats de l’expérience Chi-Nu ont apporté des données précieuses et inédites pour améliorer la sécurité nucléaire, comprendre la sûreté en matière de criticité et concevoir des réacteurs à neutrons rapides. Les données recueillies sur les éléments actinides majeurs, tels que l’uranium-238, l’uranium-235 et le plutonium-239, contribuent à éclairer notre compréhension des processus de fission et à guider les efforts de recherche futurs dans ce domaine essentiel de la physique nucléaire.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que l’expérience Chi-Nu ?
L’expérience Chi-Nu est un projet de plusieurs années visant à mesurer le spectre d’énergie des neutrons émis lors de la fission induite par des neutrons. Elle a récemment conclu l’analyse d’incertitude la plus détaillée et la plus étendue des trois éléments actinides majeurs : l’uranium-238, l’uranium-235 et le plutonium-239.
2. Quels sont les objectifs de l’expérience Chi-Nu ?
Les objectifs de l’expérience Chi-Nu sont de fournir une image complète des processus de fission pour les actinides majeurs, d’améliorer les applications de sécurité nucléaire, de comprendre la sûreté en matière de criticité et de concevoir des réacteurs à neutrons rapides.
3. Quels sont les résultats de l’étude Chi-Nu ?
Les résultats des expériences Chi-Nu sont désormais, dans de nombreux cas, la principale source de données expérimentales guidant les efforts modernes pour évaluer le spectre de neutrons de fission prompte. Les données informent les modèles nucléaires, les calculs de Monte Carlo, les calculs de performance des réacteurs et plus encore.
4. Quelles sont les applications futures des compétences Chi-Nu ?
Les chercheurs continuent de dresser le tableau complet des isotopes actinides et se tournent également vers des mesures de neutrons émis lors de réactions de diffusion de neutrons. Les spectres d’énergie et d’angle des neutrons et des rayons gamma émis sont mesurés, ainsi que la probabilité que la réaction se produise, généralement appelée section efficace de diffusion des neutrons.
5. Pourquoi les éléments actinides sont-ils importants ?
Les éléments actinides et les réactions en chaîne qu’ils peuvent subir sont importants pour les armes nucléaires et les réacteurs énergétiques. Les actinides sont les 15 éléments, tous radioactifs, ayant un numéro atomique de 89 à 103.
Article : “Measurement of the 238U(n, f) prompt fission neutron spectrum from 10 keV to 10 MeV induced by neutrons with 1.5–20 MeV energy.” Physical Review C. DOI: 10.1103/PhysRevC.108.024603
Légende illustration principale : Jaime Gomez (à gauche) et Keegan Kelly travaillent à la mise en place de l’expérience Chi-Nu, à l’étalonnage des distances entre les détecteurs et à l’installation des conduites de gaz pour la cible de comptage des fissions (au centre). Crédit : Los Alamos National Laboratory
