Cours P4 : Réactions nucléaires provoquées Page 1
P4 : Réactions nucléaires provoquées
On a étudié au chapitre précédent les réactions nucléaires spontanées c’est à dire qui ont lieu « sans aide ».
On va étudier dans ce chapitre les réactions nucléaires non spontanées. On peut classer en 3 grandes familles les réactions nucléaires provoquées : transmutation, fission et fusion.
Comme pour les réactions spontanées vues au chapitre P3 les réactions nucléaires provoquées vérifient les lois de conservation du nombre de nucléons et de la charge électrique.
1. Transmutation
La transmutation est l’obtention d’un nouveau nucléide par bombardement d’un noyau cible avec une particule (neutron ou proton ou petit noyau).
Ces réactions de transmutation ont permis de former des nucléides inexistants dans la nature. Le premier nucléide artificiel a ainsi été obtenu en 1934 en bombardant un noyau d’aluminium avec une particule α selon la réaction :
Des noyaux lourds non naturels ont ainsi pu être crée par l’homme notamment la famille des transuraniens (Z > 92). Ces noyaux lourds sont radioactifs et ont souvent des durées de vie très courtes (inférieurs à la minute)
2. Fission
La fission est la coupure d’un noyau lourd en noyaux plus petits. Ce processus est utilisé dans les centrales nucléaires pour produire de l’énergie électrique.
Dans une centrale on utilise la fission de l’uranium 235. Cette fission a lieu grâce à l’impact d’un neutron sur l’uranium. On observe alors la réaction suivante :
Les 2 neutrons produits peuvent casser 2 noyaux d’uranium
qui vont produire … neutrons qui vont pouvoir casser … noyaux d’uranium qui vont produire … neutrons qui vont pouvoir casser … noyaux d’uranium
Le processus permet donc de former rapidement un grand nombre de réaction.
On parle de réaction
en chaine.
L’utilisation de la fission nécessite de savoir contrôler le processus en limitant le nombre de neutrons produits.
A chaque réaction de l’énergie est libérée sous forme de chaleur et permet la transformation d’eau en vapeur. Le flux de vapeur est envoyé sur une turbine qui en tournant produit de l’électricité. La vapeur est
Cours P4 : Réactions nucléaires provoquées Page 2 ensuite refroidie par mise en contact avec l’eau d’une rivière et réinjectée dans le circuit pour être à nouveau transformé en vapeur. L’eau au contact du matériau fissible n’est pas directement mis en contact avec l’eau de la rivière pour éviter la contamination de celle-ci par des noyaux radioactifs.
Outre les dangers que représente un accident nucléaire dans une centrale le problème majeur de cette forme d’énergie est le stockage des déchets radioactifs. Les noyaux formés par la fission sont en effet radioactifs et donc dangereux. Il faut donc les stocker le temps que leur activité devienne nulle (ce qui peut s’avérer très long lorsque la période radioactive est de plusieurs milliers d’années).
3. Fusion
La fusion est un processus où deux noyaux légers s’associent pour former un noyau plus lourd.
Ecrire la réaction de fusion correspondant à l’image ci contre :
Ce processus est à l’œuvre dans la plupart des étoiles. Il a lieu a très haute température (une centaine de million de degré). Pour cette raison il n’est pas encore maitrisé par l’homme (projet international ITER). Cette forme d’énergie est cependant très intéressante pour deux raisons : elle peut libérer 10 fois plus d’énergie qu’une réaction de fission, les noyaux formés ne sont pas radioactifs (donc pas de problème de stockage comme dans le cas de la fission)
4. Energie libérée
Lors d’une réaction nucléaire on observe que la masse des réactifs n’est pas égale à la masse des produits.
On appelle défaut de masse . L’énergie libérée E lors d’une réaction nucléaire est où c est la célérité de la lumière dans le vide (= 3,00.108 m.s-1) .
Application :
