Produit de fission - Définition

Radiotoxicité et traitement des déchets

Les produits de fission peuvent être à l'état gazeux (par exemple xénon 133, krypton 85) ; liquide (iode 131) ou solide (césium 137, strontium 90).

Les produits de fission sont radiotoxiques. Ils contribuent à la radioactivité à court et moyen termes des déchets nucléaires de haute activité produits par le combustible nucléaire.

Le caractère problématique des déchets radioactifs est largement dépendant de la demi-vie de l'élément. Pour un même nombre d'atomes formés, la radioactivité prépondérante, par rapport à la radioactivité des autres corps, au bout d'un temps T est celle des matières dont la demi-vie est de T/Log(2), soit à peu près 1,5 fois ce délai.

• Les substances à demi-vie (ou période) faible sont initialement celles qui contribuent le plus à la radioactivité globale du mélange de déchets, mais s'éteignent et cessent d'être un problème (sauf si leur chaine de désintégration fait apparaitre d'autres éléments radioactifs). Cette décroissance est exponentielle : les substances dont la demi-vie est T/10 ont perdu 1000 fois leur radioactivité initiale; celles dont la demi-vie est T/20 ont perdu un million de fois leur radioactivité initiale.
• Celles à demi-vie longue se conservent mieux à long terme, mais contribuent initialement peu à la radioactivité globale du mélange de déchets. Cependant, cette radioactivité plus faible ne varie que proportionnellement à la demi-vie : toutes choses égales par ailleurs, il faut une demi-vie mille fois plus longue pour conduire à une radioactivité mille fois plus faible.

Le temps caractéristique à considérer est de l'ordre de l'année pour le devenir des produits de fission entreposés en piscine, et de l'ordre du siècle pour ceux dont on envisage un stockage définitif.

Radioactivité des Produits de Fission - (L'excès de neutrons)

Les produits de fission (PF) sont instables et se désintègrent selon une demi-vie plus ou moins longue. Du fait de « l'excès de neutrons » des corps instantanément formés lors de la fission (cf, ci-dessus) la plupart des produits de fission sont des émetteurs bêta (des électrons) et gamma, les rares émetteurs alpha (particule alpha) sont de facto des corps quasi-stables obtenus lorsque l'excès de neutrons a été résorbé.

Une fois les premiers instants post-fission passés où des neutrons dits « retardés » peuvent se trouver émis (quelques secondes après la fission), les corps instables formés lors de la fission vont progressivement rallier la situation de stabilité par émissions successives d’électrons (rayonnement bêta), accompagnées de rayonnements électromagnétiques (rayons gamma) correspondant au passage des différents niveaux d’énergie excités au niveau fondamental du noyau lui-même, et du réarrangement du cortège électronique des dits atomes.

Au cours du ralliement vers la situation stable – sauf cas rarissimes – le nombre total de nucléons des atomes instables initialement formés ne change pas ; seul le nombre de protons augmente par transformation successive de neutron en proton avec émission d’un électron à chaque fois et libération d’énergie sous forme de rayonnement gamma.

Ces considérations expliquent pourquoi les produits de fission sont (cf, Note3) :

• très généralement émetteurs bêta ;
• très souvent émetteurs gamma ;
• rarement émetteurs alpha et uniquement en résultante d’une désintégration d’émetteur bêta débouchant sur un corps quasi-stable, existant déjà à l’état naturel, lui-même émetteur alpha.