[I'MTech] La fission nucléaire livre de nouveaux secrets

Près de 80 ans après la découverte de la fission nucléaire, celle-ci n’en finit pas de nous dévoiler ses mystères. Dernier en date : une collaboration internationale a découvert ce qui fait tourner les fragments de noyaux après la fission. De quoi mieux comprendre le fonctionnement des noyaux des atomes, mais aussi améliorer nos futures centrales nucléaires.

Texte

Prenez des noyaux d’uranium-238 (ceux utilisés dans nos centrales nucléaires), bombardez-les de neutrons, et regardez la manière dont ils se cassent en deux noyaux de différentes tailles. Ou, plus précisément, observez comment ces fragments tournent sur eux-mêmes. Telle est, en résumé, l’expérience menée par les chercheurs et chercheuses de 37 instituts issus de 16 pays, portée par le laboratoire Irène Joliot-Curie à Orsay dans l’Essonne. Leur résultat, qui permet de mieux comprendre la fission nucléaire, est publié dans la revue Nature. Plusieurs équipes françaises ont participé à cette découverte.

Le mystère du spin des noyaux

Mais pourquoi donc est-il nécessaire de mener de telles expériences ? Ne connaît-on pas parfaitement la fission, depuis la découverte de ce phénomène à la fin des années 30 par les chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann, et la physicienne autrichienne Lise Meitner ? N’y a-t-il pas des centaines de réacteurs nucléaires à fission dans le monde, permettant de tout comprendre ? Eh bien non ! il reste quelques mystères, et parmi eux, celui du spin des fragments de noyau. Le spin est l’équivalent, dans le monde quantique, d’un moment angulaire. C’est en quelque sorte la manière dont le noyau tourne sur lui-même, comme une toupie.

Même lorsque le noyau originel ne possède pas de spin, les noyaux résultants de la fission tournent sur eux-mêmes. Comment acquièrent-ils ce moment angulaire ? Qu’est-ce qui génère cette rotation ? Jusqu’ici, deux hypothèses contradictoires existaient. Première hypothèse, qui avait la faveur de la majorité des physiciens : ce spin se crée avant la fission. Dans ce cas, il doit y avoir une corrélation entre les spins des deux fragments. Deuxième hypothèse : le spin des fragments est engendré après la fission, et ces spins sont alors indépendants l’un de l’autre. Le résultat obtenu par les 37 équipes est sans appel : cette seconde hypothèse est la bonne.

Schéma post-fission de la rotation des fragments Observation des fragments d'Uranium

184 détecteurs, 1 200 heures d’irradiation

« Il faut imaginer le noyau comme une goutte liquide, explique Muriel Fallot, physicienne à IMT Atlantique, qui a participé à l’expérience. Lorsqu’il est heurté par le neutron, il se casse, et chaque fragment est déformé comme le serait une goutte subissant un choc. C’est lorsque le fragment tend à revenir à sa forme sphérique pour acquérir plus de stabilité que l’énergie dégagée est convertie en chaleur et en énergie de rotation. »

Plus d'info

Consulter la publication dans Nature :
« Angular momentum generation in nuclear fission »

Voir l'article sur le blog I'MTech :
« La fission nucléaire livre de nouveaux secrets »

Publié le 29.06.2021

par Pierre-Hervé VAILLANT