Réaction de fission nucléaire (©Connaissance des Énergies)
Un élément fissile peut subir une fission nucléaire lorsqu'il est frappé par un neutron de faible énergie, libérant ainsi de l'énergie. Un élément fertile ne peut pas directement subir de fission mais peut se transformer en un élément fissile lorsqu'il capture un neutron.
Fissile
Un élément est dit « fissile » lorsque son noyau a une probabilité importante de se fracturer en deux noyaux plus légers, libérant alors une énergie considérable sous forme de chaleur, avec émission de rayonnement et de 2 à 3 neutrons capables d’entretenir une réaction en chaîne. Ces noyaux fissiles sont très volumineux et fragiles quand ils capturent un neutron.
Le principal élément fissile est l’uranium 235, présent à faible teneur (0,7%) dans l’uranium naturel présent dans la croûte terrestre. Après enrichissement de l’uranium naturel en isotope 235, c’est l’énergie de la fission de cet isotope qui est exploitée dans la majorité des près de 420 réacteurs électronucléaires en fonctionnement dans le monde.
Sont également fissiles les éléments suivants : l'uranium 233 (isotope non présent dans l'uranium naturel), le plutonium 239, le plutonium 241, le proactinium 230, le neptunium 236 et l'américium 242.
Fertile
Un élément est dit « fertile » (plus stable qu'une élément fissile) lorsque son noyau peut absorber un neutron le heurtant, se transformant alors en un noyau plus lourd.
Deux éléments fertiles existent en abondance dans l’écorce terrestre : l’uranium 238 (près de 99,3% de l’uranium naturel) et le thorium 232.
La capture d'un neutron peut transformer des noyaux fertiles en noyaux isotopes fissiles, comme c'est le cas pour l'uranium 238 (qui devient plutonium 239, fissile) et le thorium 232 (devenu uranium 233, fissile également).
Surgénération
Dans un réacteur dit « surgénérateur » (« breeder » en anglais), les noyaux fertiles d'uranium 238 se transforment, par capture d'un neutron rapide (circulant plus rapidement que dans un réacteur nucléaire classique), en plutonium 239 fissile. Lorsqu'il est à son tour fissionné par un neutron rapide, le plutonium 239 libère en moyenne 2,3 neutrons dits « secondaires » (par neutron capturé).
Ces neutrons rapides sont non seulement aptes à entretenir la réaction en chaîne (l'un d'entre eux fissionnant à son tour un noyau de plutonium 239) mais aussi, si l'un d'entre eux est capturé par un noyau d'uranium 238, à fertiliser ce dernier (devenant à nouveau plutonium 239).
À partir de la même quantité d’uranium, « un réacteur surgénérateur peut produire 60 fois plus d’électricité qu’un réacteur traditionnel », indique ainsi la Sfen (Société française d'énergie nucléaire)(1).
