De la fission aux nouvelles filières - Cenbg - IN2P3

2 Un peu d’histoire
2.1 La découverte de la fission
Peu après la mise en évidence du neutron par Chadwick en 1932, Fermi et ses collaborateurs
utilisaient déjà des faisceaux de cette nouvelle particule pour irradier divers noyaux et analyser
la radioactivité induite. C’est ainsi que fut découverte vers 1934 la radioactivité β − , qui valut à
Fermi le Prix Nobel en 1938. Ce type de radioactivité produisait des noyaux ayant une charge
de plus que le noyau initial. Il semblait donc logique de l’utiliser pour tenter de synthétiser les
éléments au delà de l’Uranium, le dernier élément connu à l’époque. Il suffisait de bombarder
de l’Uranium avec des neutrons.
Ces expériences, menées à partir de 1934 d’abord par Fermi à Rome, puis dans d’autres laboratoires,
donnèrent un résultat complètement inattendu : contrairement à ce qui était prévu, un
grand nombre d’espèces radioactives étaient produites. Celles-ci étaient identifiées par analyse
chimique. Certaines d’entre elles furent d’abord attribuées à des éléments transuraniens. Cependant,
d’autres possédaient les mêmes propriétés chimiques que le Baryum ou le Lanthane,
ce qui laissait penser que des noyaux de Radium ou d’Actinium (dans les mêmes colonnes du
tableau périodique) étaient produits. Or l’apparition de ces noyaux impliquait des réactions du
type U(n, 2α) que l’on savait être hautement improbables. Ces résultats soulevèrent de nombreux
débats pendant toute la période 1934-1938 et leur interprétation en terme de synthèse
d’éléments transuraniens commença à être sérieusement mise en doute [1].
Afin de clarifier cette situation, Hahn et Strassmann répétèrent ces expériences à Berlin dans le
courant de l’année 1938 en utilisant des techniques spéciales permettent de distinguer entre les
propriétés chimiques du Radium et celles du Baryum. A leur grande surprise, ils identifièrent
sans ambiguïté l’élément Baryum. Ce résultat remarquable apparut dans la revue Naturwissenschaften
en janvier 1939 [2]. Peu après, les mêmes auteurs montrèrent que “l’activité” attribuée
à l’Actinium provenait bel et bien du Lanthane [3].
La même année, Lise Meitner, en exil en Suède, et son neveu Otto Frisch donnent une première
interprétation du phénomène [4] sur la base du modèle de la goutte liquide chargée proposé par
George Gamow en 1928. Ils supposent qu’un noyau d’Uranium peut être mis en vibration par
la capture d’un neutron puis se diviser en deux noyaux fils. Ils donnent le nom de “fission” à ce
processus. Ils réalisent rapidement que, selon cette interprétation, les fragments doivent acquérir
après séparation une énergie cinétique de l’ordre de 200 MeV. Dans les mois qui suivent, Frisch
confirme cette prédiction dans une expérience où les fragments de fission sont arrêtés dans une
chambre d’ionisation [5]. La réalité de la fission était ainsi démontrée de façon directe.
Finalement, apparaît en septembre 1939, le célèbre article de Bohr et Wheeler “The mechanism
of Nuclear Fission” [6] qui deviendra la base de toutes les études théoriques ultérieures. La
plupart des notions utilisées aujourd’hui telles que les concepts de barrière de fission et de
largeur de fission sont introduites dans cet article. Les auteurs y développent aussi en détail le
processus de capture neutronique, de même que les mécanismes de fission par neutrons lents,
neutrons rapides, deutérons et rayonnement, des sujets qui constitueront les têtes de chapitre
des traités futurs sur la fission.
Ces événements de l’année 1939 sont abondamment documentés dans la littérature. D’autres
le sont beaucoup moins comme, par exemple, les travaux que Frédéric Joliot mena dès janvier
3