Spallation cosmique

Spallation cosmique

Spallation

La spallation nucléaire [1] (de l'anglais to spall, produire des éclats) est une réaction nucléaire dans laquelle un noyau atomique est frappé par une particule incidente (neutron, proton,...) ou une onde électromagnétique de grande énergie (à partir de 50 MeV et jusqu'à quelques GeV). Vu la violence de l'impact (énergie mise en jeu), le noyau cible se décompose en produisant des jets de particules plus légères (neutrons, protons, ou noyau léger de deutérium ou d'hélium, voire lithium). Le noyau après la réaction est généralement de masse atomique plus faible que le noyau d'origine. Dans certaines réactions, la spallation conduit à une fission où une particule émise peut être d'une masse comparable à celle du noyau restant.

Les énergies concernées par la spallation sont suffisantes pour que la structure du noyau n'ait plus une forte influence, mais inférieures à celles permettant l'apparition de processus partoniques (quarks). Compte tenu des énergies mises en jeux (hautes énergies) la spallation est une réaction courante lors de la nucléosynthèse primordiale. Elle intervient également dans l'interaction des rayonnements cosmiques avec la matière, phénomène important pour les vols spatiaux.

Sommaire

Spallation et cosmologie

L'atmosphère terrestre subit des réactions de spallation nucléaire sous l'impact des rayons cosmiques, ainsi que la surface des corps exposés dans l'espace, comme les météorites ou la Lune. Des traces de spallation montrent que le matériau a été exposé à la surface, et permettent d'estimer la durée de cette exposition. On a pu détecter jusqu'à la surface de la terre des isotopes d'aluminium, de béryllium ou de chlore, formés par la spallation d'éléments terrestres par des rayons cosmiques.

La composition des rayons cosmiques eux-mêmes montre qu'ils ont participé à des processus de spallation, qui a causé un excès d'éléments légers (Li, B et Be) par rapport aux abondances cosmiques naturelles. Ces éléments supplémentaires qui se retrouvent sous forme de rayons cosmiques ont été formés par la spallation de rayons cosmiques heurtant au long de leur trajectoire intersidérale des atomes d'oxygène, d'azote, de carbone et peut-être de silicium.

Physique nucléaire

Le concept de spallation nucléaire a été proposé en 1937 par le futur prix Nobel Glenn Seaborg dans sa thèse de doctorat sur la diffusion inélastique des neutrons.[2]

La spallation est utilisée comme source de faisceaux intenses de neutrons (de 2 à 10 MeV [3]). On utilise dans ce but une cible de mercure, de tantale ou d'un autre métal lourd, soumise au bombardement de protons ou de nucléons issus d'un accélérateur de particules de haute énergie, la plupart du temps un synchrotron. Chaque impact peut produire vingt à trente neutrons, initialement de très haute énergie - ils emportent une bonne partie de l'énergie initiale du proton.

Bien que cette méthode pour produire des neutrons soit beaucoup plus coûteuse que via un réacteur nucléaire, elle présente l'avantage que le faisceau peut être facilement modulé.

La Spallation Neutron Source (source neutronique par spallation - SNS), construite au Laboratoire national d'Oak Ridge, est basée sur ce principe. Elle a été inscrite en 2007 dans le Livre Guinness des records comme la plus forte source de neutron réalisée à ce jour.

Applications

En tant qu'objet de recherche, la spallation proprement dite peut être utilisée pour produire de nombreux noyaux loin de la vallée de stabilité. Ainsi, du chlore-38 a été produit par spallation de protons de 70 MeV sur une cible de cuivre-63.[4] L'étude de la spallation et des fragments produits permet de valider les modèles théoriques sur le noyau et ses états excités.[5]

Comme application technologique, la spallation produit des flux importants de neutrons à haute énergie, qui peuvent avoir des applications variées.

  • L'étude de la diffusion neutronique a des applications multiples en physique et chimie du solide, en science des matériaux, et en sciences de la vie.[6]
  • Le flux neutronique peut servir à la production directe de noyaux atomiques exotiques. Les radioéléments peuvent être destinés à usage médical, ou avoir des applications dans la recherche civile (traceurs radioactifs) ou militaires (production de tritium ou de plutonium), les applications étant les mêmes que celles d'un réacteur d'irradiation.
  • Le flux neutronique peut également servir à l'élimination des déchets nucléaires - ou plus exactement la diminution de la période de décroissance radioactive des produits de fission à vie longue par transmutation[7]. Dans cette application, la capture d'un neutron par le produit de fission le transforme en radionucléide plus instable, de durée de vie plus courte.
  • Ce flux peut également s'appliquer à la conception de réacteurs nucléaires théoriquement plus sûrs. Le principe de fonctionnement d'un réacteur nucléaire (en mode stationnaire) est d'entretenir une réaction en chaîne où, à chaque génération, le nombre de neutrons qui provoquera une fission (il y a aussi des captures et des fuites) reste constant. Grâce aux réacteurs hybride (ADS en anglais pour Accelerator-Driven System), c'est à dire un réacteur nucléaire assisté par un accélérateur de particule (proton), le coeur du réacteur est intrinsèquement (lorsque l'accélérateur n'est pas utilisé) sous-critique. L'intérêt de tels réacteurs réside également dans le point énoncé ci-dessus, à savoir la possibilité de transmuter des actinides à vie longue.

Notes et références

Voir aussi

Liens internes

Liens externes

  • Portail de la physique Portail de la physique
  • Portail de l’astronomie Portail de l’astronomie
Ce document provient de « Spallation ».

Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Spallation cosmique de Wikipédia en français (auteurs)

Игры ⚽ Нужно сделать НИР?

Regardez d'autres dictionnaires:

  • SPALLATION — SPALLATI Réaction nucléaire à haute énergie dans laquelle un noyau cible frappé par une particule incidente d’énergie supérieure à environ 50 millions d’électrons volts (MeV) émet un jet de particules plus légères et produit un noyau dont la… …   Encyclopédie Universelle

  • Guillaume Kroll — (Belgique, 30 juillet 1958 ) est un scientifique belge qui vit actuellement à Greimerath, Luxembourg. Il est le frère du dessinateur belge Pierre Kroll et le neveu de l architecte Lucien Kroll. Ses travaux en physique nucléaire à la… …   Wikipédia en Français

  • Nucleosynthese — Nucléosynthèse La nucléosynthèse est un ensemble de processus physiques conduisant à la synthèse de noyaux atomiques, par fission ou fusion nucléaire. Il existe plusieurs processus astrophysiques qui seraient responsables de la nucléosynthèse… …   Wikipédia en Français

  • Nucléosynthèse — La nucléosynthèse est un ensemble de processus physiques conduisant à la synthèse de noyaux atomiques, par fission ou fusion nucléaire[1] . Il existe plusieurs processus astrophysiques qui seraient responsables de la nucléosynthèse dans l univers …   Wikipédia en Français

  • NUCLÉOSYNTHÈSE — On appelle nucléosynthèse l’ensemble des processus nucléaires qui sont à l’origine de la composition chimique de la matière qui constitue l’Univers observable. On sait depuis le XIXe siècle, grâce aux travaux du chimiste russe Dimitri Mendeleïev …   Encyclopédie Universelle

  • MÉTÉORITES — Les météorites sont des objets naturels venant de l’espace et atteignant la Terre. Bien qu’elles aient été signalées dès l’Antiquité, la première des chutes de pierres bien observée, et dont il existe encore des échantillons, est celle qui est… …   Encyclopédie Universelle

  • COSMIQUES (RAYONS) — Les rayons cosmiques sont des noyaux atomiques et des particules élémentaires qui voyagent dans l’espace à des vitesses voisines de celle de la lumière. Certains d’entre eux s’approchent suffisamment de la Terre pour être détectés par des… …   Encyclopédie Universelle

  • Béryllium 10 — Le béryllium 10, noté 10Be, est l isotope du béryllium dont le nombre de masse est égal à 10 : son noyau atomique compte 4 protons et 6 neutrons, pour une masse atomique de 10,0135338 uma. Il est présent à l état de… …   Wikipédia en Français

  • Matière radioactive — Radioactivité Pour les articles homonymes, voir Radio. Symbole signalant une source de rayons ionisants, ☢. La radioactivité, phénomène qui fut dé …   Wikipédia en Français

  • Radio-actif — Radioactivité Pour les articles homonymes, voir Radio. Symbole signalant une source de rayons ionisants, ☢. La radioactivité, phénomène qui fut dé …   Wikipédia en Français

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”