3. Application à la recherche physico-chimique
• Chimie et physique nucléaires
De même que le chimiste doit provoquer des réactions à partir de corps purs et séparer ensuite les produits formés, le chimiste nucléaire qui étudie une réaction nucléaire donnée doit la réaliser à partir de partenaires isotopiquement purs et identifier totalement (éléments et isotopes) les produits de réaction. En ce qui concerne la cible, on utilise soit un élément mono-isotopique (27Al, 197Au), soit un isotope séparé au préalable (109Ag, 206Pb, par exemple). Pour l'ion incident, en général, l'accélérateur de particules se conduit comme un véritable séparateur d'isotopes, l'accord de la fréquence accélératrice sélectionnant une valeur de Z/A. Ensuite, pour définir et isoler les produits de réaction, on utilise les méthodes de détection et d'analyse des isotopes stables et radioactifs décrites plus haut, alliées ou non à des séparations chimiques.
Les mêmes problèmes de pureté isotopique sont rencontrés dans les études de physique nucléaire, et en particulier en spectroscopie nucléaire. Enfin, on trouve un double exemple des applications possibles des différences de propriétés des isotopes dans la production d'énergie nucléaire par fission de l'uranium. Le seul isotope naturel fissile par neutrons lents est l'uranium 235. Sa très grande dilution (0,7 p. 100) dans l'uranium naturel, qui comporte 99,3 p. 100 d'isotope 238 capteur de neutrons lents, rend impossible l'établissement de fissions en chaîne dans le mélange naturel. On surmonte cette difficulté soit en enrichissant le mélange en 235U, soit en utilisant des ralentisseurs de neutrons qui les thermalisent avant qu'ils n'aient eu le temps d'être captés par réaction (n, γ) sur 238U. Les ralentisseurs utilisés sont le carbone, le béryllium et l'eau lourde, le deutérium ayant sur l'hydrogène l'avantage d'une probabilité mille fois plus faible de capter les neutrons, pour un ralentissement identique.
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