La fusion et la fission nucléaire Chapitre: Radioactivité naturelle et artificielle La fusion et la fission nucléaire

Introduction Il existe deux façons différentes d’obtenir de l’énergie grâce à la manipulation de noyaux d’un ou de plusieurs atomes : il s’agit alors de fusion nucléaire et de la fission nucléaire.

La fusion La fusion nucléaire est l’assemblage de deux noyaux atomiques légers pour former un noyau plus lourd. En l'état présent de la technologie, le combustible le plus efficace est un mélange à parts égales de deutérium (D) et de tritium (T). Diverses associations d'isotopes d'éléments légers sont susceptibles de produire une réaction de fusion. Toutefois, dans les machines de fusion, c'est la réaction deutérium-tritium (D-T)  qui se révèle la plus efficace Exemple: La réaction D-T + Energie

Pour obtenir du deutérium, il suffit de distiller de l'eau, qu'il s'agisse d'eau douce ou d'eau de mer. Cette ressource est largement disponible. Un litre d'eau de mer contient 33 milligrammes de deutérium que l'on extrait à des fins scientifiques et industrielles.` Le tritium est l'isotope radioactif de l'hydrogène. Sa désintégration est rapide et il n'est présent dans la nature qu'à l'état de traces (environ un atome de tritium pour 1018 atomes d’hydrogène) . Le tritium peut être produit par l'interaction d'un neutron et d'un atome de lithium. Lorsque ces noyaux légers fusionnent, le nouveau noyau créé se retrouve dans un état instable. Il tente de retrouver un état stable en éjectant un atome d’hélium et un neutron avec beaucoup d’énergie.  

D'ici la fin du siècle, compte tenu de la croissance démographique, de l'augmentation de l'urbanisation et de l'extension du réseau électrique dans les pays en développement, la demande en énergie aura triplé. Le recours aux combustibles fossiles qui ont modelé la civilisation industrielle est synonyme d'émission de gaz à effet de serre et de pollution. Les réserves de lithium dans la croûte terrestre permettraient l'exploitation de centrales de fusion pendant plus de 1 000 ans ; celles des océans pourraient répondre aux besoins pendant des millions d'années.

La fission La réaction de fission correspond à un noyau lourd qui se scinde en 2 noyaux légers. A partir d’une seule fission dans un noyau atomique se crée un phénomène de réaction en chaîne à l’origine de l’énergie nucléaire. En effet, les neutrons dégagés lors de la fission nucléaire sont chargés d’énergie. C’est le contrôle de ces particules neutres qui permet l’existence des centrales nucléaires. Ainsi, 1 gramme d’uranium 235 libère autant d’énergie que la combustion de plusieurs tonnes de charbon.

On distingue fission induite et spontanée On distingue fission induite et spontanée. La première est provoquée par l’Homme alors que la seconde est possible dans la nature. Cependant la fission spontanée est extrêmement rare, seuls quelques éléments, comme l’uranium 235, sont naturellement fissibles. L’énergie nucléaire dégagée par la fission a débouché sur deux utilisations humaines : les réacteurs nucléaires et la bombe A. La réaction en chaîne est stabilisée par l’Homme. Les neutrons dégagés par la fission sont capturés afin qu’ils ne provoquent pas de nouvelles séparation de noyaux. L’énergie produite est en quelque sorte canalisée. Cette stabilisation permet la production continue d’énergie nucléaire dans les centrales. Cette énergie est sous contrôle permanent car il suffit d’un seul neutron pour provoquer une nouvelle fission et entraîner une réaction en chaîne.

Contrairement aux centrales nucléaires, la bombe atomique est la conséquence d’une réaction en chaîne laissée sans aucun contrôle. L’énergie produite de façon exponentielle est confinée jusqu’à ce que tout explose. Ce sont ces bombes qui ont été lancées sur Hiroshima et Nagasaki lors de l’été 1945.

La formule d’équivalence masse-énergie En comparant la masse des réactifs et la masse des produits. La masse des réactifs est plus importante que la masse des produits. Cela signifie que de la masse a disparue. Cette perte de masse, Einstein nous explique qu’elle entraîne une libération d’énergie.

m = m réactifs – m produits Le résultat de la masse des réactifs moins la masse des produits est un résultat qui a pour unité U. L'unité de masse des atomes unifiée (symbole u ) est une mesure standard, utilisée pour mesurer la masse des atomes et des molécules. u vaut approximativement 1,660538921 × 10-27 kg. Pour obtenir u en kg il faut convertir u en kg. Il suffit de multiplier le résultat de delta m fois la valeur approximative de u en kg. Une fois la masse en kg il ne reste qu’a appliquer la formule d ’équivalence masse-énergie.

A retenir La fusion nucléaire est l’assemblage de deux noyaux atomiques légers pour former un noyau plus lourd. La réaction de fission correspond à un noyau lourd qui se scinde en 2 noyaux légers. La formule d’équivalence masse-énergie: Le calcul de delta m: