Alai

Les réacteurs nucléaires de puissance1 sont alimentés en uranium légèrement enrichi en isotopeuranium 235.2 Cet isotope est capable d’entretenir une réaction nucléaire en chaîne contrôlée qui est nécessaire à la production d’énergie électrique. La réaction en chaîne entraîne la production de neutrons qui induisent la radioactivité dans le combustible, l’eau de refroidissement et les composants structurels du réacteur.

La radioactivité est induite principalement par des processus impliquant la capture de neutrons par les atomes d’uranium dans le combustible. La fission se produit lorsque le noyau d’un atome d’uranium 235 (et plus rarement d’un atome d’uranium 238) capture un neutron, devient instable et se divise en deux et (plus rarement) trois noyaux légers ; ces noyaux sont appelés produits de fission.La fission de l’uranium produit une distribution de masse bimodale des produits de fission (figure D.1). Les produits de fission les plus courants ont des nombres de masse autour de 90 et 137 (par exemple, le strontium-90 et le césium-137).

Les produits de fission produits dans un réacteur de puissance nucléaire couvrent la périodeictable. Ils comprennent :

• Gaz nobles, par exemple, krypton-85 et xénon-133.
• Halogènes, par exemple, iodure-131.

FIGURE D.1Distributions de masse résultant de la fission de l’uranium 235 par des neutrons thermiques.

SOURCE : Données provenant du fichier commun de fission et de fusion évaluées,données sur les incidents-neutrons, http://www-nds.iaea.org/exfor/endf00.htm, 2 octobre 2006 ; voir http://www-nds.iaea.org/sgnucdat/c1.htm.

• Métaux alcalins, par exemple, le césium-137.
• Métaux alcalino-terreux, par exemple, le strontium-90.
• Plus rarement, l’hydrogène-3, plus communément appelé astritium (T), provenant de la fission ternaire des atomes d’uranium.

La capture de neutrons peut également induire de la radioactivité par la transmutation d’un élément chimique en un autre. Le processus de transmutation entraîne l’émission de particules nucléaires (par exemple, des protons) et de rayonnements à partir du noyau. Voici quelques réactions de transmutation et produits importants dans les réacteurs de puissance :

• Production d’azote-16 par la capture d’un neutron par le noyau d’un atome d’oxygène : oxygène-16 + neutron-> azote-16 + proton (abrégé en16O(n, p)16N). L’azote-16 a une demi-vie courte (7 secondes) et constitue principalement un danger pour les travailleurs des centrales nucléaires.
• Production de carbone-14 par la capture de neutrons par le noyau d’atomes d’azote, d’oxygène ou de carbone : 14N(n,p)14C ; 13C(n, y)14C;17O(n, a)14C.
• Production de tritium (T) par la capture d’un neutron par le nu-cleusd’un atome de bore : 10B(n,2a)T. Cette réaction est importante dans les réacteurs à eau pressurisée, qui utilisent du bore dans l’eau de refroidissement pour contrôler la réactivité.
• Production de tritium par la capture d’un neutron par un atome de deutérium naturellement présent dans l’eau de refroidissement d’un réacteur.

La capture de neutrons peut également induire de la radioactivité par activation. La capture d’un neutron excite le noyau, qui se désintègre rapidement en un état moins énergétique par l’émission d’un rayonnement. Certaines réactions d’activation et certains produits importants dans les réacteurs de puissance sont les suivants :

• Production de cobalt-60 à partir de cobalt-59 par la réaction59Co(n, y)60Co.
• Production de fer-55 à partir de fer-54 par la réaction54Fe(n, y)55Fe.

Le cobalt-60 et le fer-55 sont des produits d’activation courants dans les composants structurels des réacteurs.

Les isotopes produits par ces processus de capture neutronique sont presque toujours radioactifs. Leur désintégration implique l’émission de rayonnements alpha, bêta et gamma, pour produire des produits de désintégration radioactifs et non radioactifs. Une réaction de désintégration d’une importance particulière dans les réacteurs nucléaires de puissance est la suivante :

Cette réaction produit du plutonium-239 par capture de neutrons de l’uranium-238 suivie de deux désintégrations bêta.

Les particules et autres rayonnements émis pendant la capture de neutrons peuvent interagir avec les atomes du combustible, du liquide de refroidissement et des structures du réacteur pour produire une radioactivité supplémentaire. Par exemple, l’interaction des électrons énergétiques avec les matériaux du réacteur entraîne l’émission de photons appelés bremsstrahlung. Ce rayonnement apparaît sous la forme d’une faible lueur bleue lorsque les électrons interagissent avec l’eau de refroidissement du réacteur et les piscines de combustible usé.

.