Rappel du dernier cours
● Structure de la matière et interaction forte
● Force nucléaire (entre nucléons), noyaux
● Éléments et isotopes
● Énergie de liaison, états d'énergie
● Relation masse-énergie, unités de masse
● Stabilité des noyaux,
désintégrations nucléaires
– α, β⁺, β⁻, γ
La radioactivité
En 1896, H. Becquerel découvrit le phénomène de la radioactivité en
observant qu’une plaque photographique, même protégée de la lumière, était assombrie par un certain minerai (qui contenait par hasard de l’uranium).
La radioactivité est le résultat de la désintégration d’un noyau instable. On
trouve des noyaux instables dans la nature : leur radioactivité est dite naturelle.
On peut aussi créer des noyaux instables par réactions nucléaires : leur radioactivité est dite artificielle.
Les trois types d'émissions possibles lors de désintégration nucléaires – particules alpha (α), électrons et positrons (β), et photons (γ) –
correspondent à des rayonnements avec différents pouvoirs de
pénétration. Le rayon α peut à peine pénétrer une feuille de papier, le rayon β peut traverser jusqu’ à 3 mm
d’aluminium, et le rayon γ peut franchir plusieurs cm de plomb.
Compteur Geiger
Les rayonnements α, β et γ peuvent être détectés grâce à leur interaction avec les électrons des atomes : ils ionisent la matière sur leur passage.
L'appareil le plus couramment utilisé pour mesurer le taux de rayonnements ionisants est le compteur Geiger. Il s'agit d'un tube rempli d'un gaz noble comme l'helium ou le néon, auquel on applique une haute tension électrique. Lorsque le gaz est ionisé, les électrons libérés sont fortement accélérés vers l'anode. Ils se multiplient en produisant une avalanche d'électrons, qui donne un signal électrique. Un compteur indique le nombre d'avalanches mesurées. Il peut
aussi produire un son à chaque signal, ainsi la fréquence des clicks indique le taux de radiation.
Démo 365
Détecteurs de fumée
Les détecteurs de fumée à ionisation utilisent un élement radioactif émetteur de particules α
(Americium-241) traversant une chambre ouverte à l'air extérieur, entre deux électrodes. Le flux constant de particules ionise l'air, permettant à un courant de circuler à travers la chambre. La présence de fumée dans l'air entrave la propagation des particules α et réduit la circulation du courant, ce qui active une alarme.
Médecine nucléaire
Des isotopes radioactifs, produits de manière artificielle par des réactions
nucléaires, sont couramment utilisés en médecine pour des diagnostics et des traitements. Par exemple :
● Tomographie par émission de positrons (PET). Une molécule contenant un isotope à émission β⁺ (par exemple fluor-18), appelée traceur, est injectée dans le corps. En fonction des propriétés
chimiques du traceur, il s'accumule dans différents organes. On détecte les photons provenant de l'annihilation des positrons e+ + e- → γ + γ + Q pour reconstruire une image 3D des zones
étudiées. Cela permet l'identification de pathologies, comme les tumeurs.
● Radiothérapie métabolique. Une source radioactive (par exemple iode-131, émetteur β⁻) est
administrée et va se fixer préférentiellement sur des cellules cibles à détruire, par exemple des cellules cancéreuse.
Distribution de glucose marqué au fluor-18
Effets de la radiation sur les tissus
Une exposition prolongée ou intense à la radioactivité a des effets nocifs sur l'organisme car les rayonnements ionisants endommagent les cellules, en particulier les molécules d'ADN. Cela peut causer la mort des cellules, ou des mutations génétiques, qui augmentent le risque de cancer.
Un émetteur α peut être approché sans risque car les particules α sont stoppées par la surface de la peau. Par contre il ne doit pas être inhalé ou avalé, ce qui exposerait les organes internes – raison pour laquelle par exemple le radon (gaz inerte émetteur α) constitue un risque pour la santé. Les rayons β pénètrent un peu plus loin dans la peau et les rayons γ ne doivent pas être approchés car ils sont capables de pénétrer l'intérieur de l'organisme.
Une quantité représentant l'impact des rayonnements ionisants sur les tissus biologiques est la dose
équivalente, mesurée en Sieverts (Sv). La dose
équivalente est l'énergie ionisante reçue par unité de masse modifiée en tenant compte de l'efficacité de
dommage biologique d'un rayonnement donné et l'effet de l'atteinte d'un organe donné. La dosimétrie est une discipline où l'on mesure et calcule la dose équivalente.
Exemples de doses équivalentes
Dose équivalente approximative
(mSv)
Voyage en avion (rayons cosmiques) 0.04
Examination médicale aux rayons X 0.1
Exposition annuelle à la radiation naturelle 3.0
Diagnostic d'imagerie médicale PET 4.6
Limite maximale d'exposition annuelle pour employés de l'industrie
nucléaire et mineurs d'uranium 20
Dose annuelle à partir de laquelle on a pu démontrer une
augmentation du risque de cancer 100
Syndrome d'irradiation aiguë 1000
Dose mortelle pour 50% des individus 5000
Dose mortelle 10000
La radiation ambiante
Dans la vie de tous les jours, nous sommes exposés à plusieurs sources de radiation ionisante :
● Des éléments radioactifs tels que l'uranium et le thorium ou leurs produits de désintégration (eux-mêmes radioactifs). En particulier, le radon (Rn), gaz inerte et émetteur α, est généré de cette manière dans le sol et
s'accumule dans les caves, où il peut être inhalé.
● Les rayons cosmiques à hautes énergies interagissant dans l'atmosphère provoquent des cascades de particules ionisantes.
Démo chambre à brouillard
● Certains procédés médicaux utilisent des rayons ionisants, par
exemple PET ou imagerie par rayons X
QCM
Parmi les métiers suivants, lesquels impliquent une exposition supplémentaire aux rayonements ionisants (plusieurs réponses possibles) ?
A) Mineur d'Uranium B) Hôtesse de l'air C) Astronaute
D) Radiologue E) Spéléologue
F) Chercheur en physique expérimentale des particules
QCM (réponse)
Parmi les métiers suivants, lesquels impliquent une exposition supplémentaire aux rayonements ionisants (plusieurs réponses possibles) ?
A) Mineur d'Uranium → radon
B) Hôtesse de l'air → rayons cosmiques plus intenses en haute altitude C) Astronaute → rayons cosmiques intenses dans l'espace
D) Radiologue → rayons X, sources radioactives E) Spéléologue → radon
F) Chercheur en physique expérimentale des particules → activation de matériaux par les faisceaux à hautes énergies, sources radioactives
Lorsqu'on exerce l'un de ces métiers, il est préférable de limiter le temps d'exposition aux rayonnements. Il est souvent recommandé de porter un dosimètre durant l'exposition.
Taux de désintégration dans un échantillon
Un échantillon macroscopique d’un radioisotope (noyau radioactif d'une espèce donnée) comprend un très grand nombre de noyaux qui se
désintègrent un par un pendant une certaine période de temps. Le phénomène est aléatoire : on ne peut prédire exactement quand un noyau donné se
désintègrera. On peut cependant déterminer, en utilisant les probabilités sur un grand nombre N de radioisotopes dans un échantillon, le nombre moyen de déintégrations -ΔN pendant une période de temps donnée Δt (ΔN est la différence Naprès-Navant , négative puisque N diminue).
Ainsi -ΔN/Δt représente le taux de désintégration, ou nombre de
désintégrations par seconde. (-ΔN/N)/Δt est la fraction de noyaux qui se
désintègrent par unité de temps, indépendamment de la taille de l’échantillon.
On trouve expérimentalement que cette quantité est constante pour de
longues périodes de temps. Elle est appelée constante de désintégration et elle est symbolisée par λ, en s-¹ :
Plus λ est grand, plus le taux de désintégration -ΔN/Δt = λN est élevé, et plus l’isotope est dit radioactif. Le signe “-” indique que N décroit.
(constante positive)
Loi de désintégration radioactive
Le nombre de noyaux se désintégrant par unité de temps à un instant donné t est toujours proportionnel au nombre N(t) de noyaux pas encore transformés à l’instant envisagé. Cela se traduit par l'équation
La dérivée du nombre de radioisotopes N par raport au temps est
proportionnelle au nombre N lui-même. La solution est bien connue, c'est une exponentielle :
Le nombre de noyaux radioactifs dans un échantillon décroît exponentiellement avec le temps. Le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux présents se désintègrent est la demi-vie t1/2 , spécifique à chaque radioisotope :
→
Activité
Le taux de désintégration, ou nombre de désintégration par seconde -ΔN/Δt, est aussi appelé activité R de l’échantillon. L'activité s’exprime dans le SI en becquerel (Bq), avec 1 Bq = 1 désintégration/seconde.
D’après les équations précédentes :
(avec activité initiale ) Ainsi l’activité R décroît aussi
exponentiellement, et au même taux que N.
La demi-vie pour un radioisotope de constante de désintégration λ est t1/2 = 0.693/λ. C'est le temps nécessaire pour que la moitié des radioisotopes se désintègrent, et aussi le temps nésessaire pour réduire l'activité de moitié.
Demi-vie : exemple 1
Le radium-226 a une constante de désintégration de 1.36·10-11 s-1.
● Déterminer sa demi-vie en années.
● Sachant que Pierre et Marie Curie avaient environ 200 g de radium en 1898, combien en restait-t-il après 100 ans ?
La demi-vie est donnée par :
Pour t = 100 années = 3.15·109 s, et λ = 1.36·10-11 s-1, on trouve
Remarque : le nombre d’atomes est proportionnel à la masse. Aussi, puisque m = 226 uma pour le radium, dans 226 g, il y a un nombre d’atomes de radium égal à la constante d’Avogadro.
Demi-vie : exemple 2
L’isotope de 146C a une demi-vie de 5730 ans. À un certain moment, un échantillon contient 1.0·10²² noyaux de carbone-14.
● Quelle est l’activité de l’échantillon ?
On calcule d’abord la valeur de la constante de désintégration λ :
L’activité est :
La datation radioactive
On peut déterminer l'âge de tout objet fait de matière autrefois vivante, jusqu'à environ 60000 ans en arrière, à l’aide de la radioactivité du 146C (demi-vie 5730 ans).
Le carbone-14 est produit continuellement dans la haute atmosphère lorsque des neutrons provenant de collisions des rayons cosmiques sont absorbés par les noyaux d'azote :
Le carbone-14 forme du CO2 qui diffuse dans les couches les plus basses de l’atmosphère. Les plantes absorbent du CO2 de l’air et l’utilisent pour la
synthèse de molécules organiques. La grande majorité ne contient que du 126C, mais une petite fraction, 1.3·10−12, contient l'isotope radioactif 146C. Lorsque les organismes meurent, ils n’absorbent plus de CO2. Comme le carbone-14 se désintègre, le rapport du carbone-14 au carbone-12 dans l’organisme mort diminue de moitié tous les 5730 ans. Ainsi, en le mesurant, on peut déterminer la date de la mort de l'organisme. Il est nécessaire d'effectuer des corrections car le taux de carbone-14 dans l'atmosphère a varié aux cours des siècles.
Ces corrections ont été établies à l’aide de la dendrochronologie (datation des cernes des arbres) et de coraux fossiles.
Chaîne de désintégration
Parfois, un isotope radioactif (mère) se désintègre en un autre (fille), qui lui- même se désintègre (petite-fille), et ainsi de suite jusqu'à finalement obtenir un isotope stable. Cela forme une chaîne de désintégration d'une famille radioactive. Ainsi, par exemple l’238U se transforme en 206Pb stable après 14 transmutations, dont 8 désintégrations α et 6 désintégrations β.
Exemple : chaîne de désintégration de l'uranium
Générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG)
Les matériaux radioactifs (en particulier les émetteurs α) peuvent fournir de l'énergie sous forme de chaleur durant le longues périodes de temps. Avec des couples thermoélectriques, il est possible de générer une fem à partir d'une différence de température. Ce principe est utilisé, par exemple, pour fournir de l'énergie aux sondes spatiales durant de longues missions loin du Soleil. Le générateur RTG contient généralement du plutonium-238 (émetteur α de demi- vie 88 ans ; 1 kg fournit 560 W). Des RTGs ont été utilisés pour Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Ulysses, Cassini, Mars Science Laboratory, et New Horizons.
Cassini : survol de Saturne depuis 2004. Découverte d'océans sur Enceladus.
New Horizons : survol et étude de Pluton et ses lunes en juillet 2015.
Fission nucléaire
En 1938, les scientifiques allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann découvrirent que l’uranium bombardé par des neutrons produisait parfois des noyaux de dimensions environ 2 fois plus petites que le noyau d’uranium initial. Lise Meitner et Otto Frisch, deux réfugiés de l’Allemagne nazie qui
travaillaient en Scandinavie, comprirent bientôt ce qui s’était produit : le noyau d’uranium, après avoir absorbé un neutron, s’était divisé en 2 morceaux presque égaux. Cette découverte était surprenante car les réactions nucléaires connues
jusqu’alors ne comportaient que l’éjection par collision de minuscules fragments (n, p, α).
Beaucoup de noyaux lourds peuvent subir une fission sous l'effet de neutrons rapides (énergie cinétique > 0.1 MeV). Certains noyaux, dits fissiles,
fissionnent par absorption de neutrons lents (énergie cinétique < 10 eV). C'est le cas de l’uranium-235 mais pas de l’isotope plus abondant dans la Nature uranium-238 (99.27%), qui ne peut fissionner que par les neutrons rapides. À force de collisions élastiques avec les noyaux de la matière, les neutrons
atteignent leur équilibre d'énergie à la température de la pièce (neutrons thermiques, énergie cinétique = kT ~ 0.025 eV).
Produits de fission
Les deux noyaux résultants sont appelés des produits de fission et durant la réaction un
certain nombre de neutrons (typiquement 2 ou 3) sont également émis, soit :
Le noyau excité, 23692U*, existe pendant moins de 10−12 s. Les produits de fission N1 et N2 ont
environ la moitié de la masse de l’uranium et sont rarement de masse égale. Une réaction typique :
Cette réaction produit une quantité énorme d’énergie car la masse de
l’uranium-235 est considérablement supérieure à celle des produits de fission.
L’énergie de liaison pour l’uranium est 7.6 MeV/nucléon, tandis que pour les produits de fission elle est de 8.5 MeV/nucléon. La différence de masse est 0.9 MeV/nucléon et comme il y a 235 nucléons, l’énergie totale libérée est environ 200 MeV, ou 3.2·10−11 J par fission – environ 2.5 millions de fois plus grande que celle libérée lors de la combustion du charbon (pour le même poids).
QCM
Que peut-il se passer lorsqu'un noyau d'238U rencontre un neutron thermique ? A) Le neutron est absorbé pour former l'isotope de plutonium 239Pu après
deux désintégrations β-
B) Le neutron provoque une fission C) Le neutron se désintègre
QCM (réponse)
Que peut-il se passer lorsqu'un noyau d'238U rencontre un neutron thermique ? A) Le neutron est absorbé pour former l'isotope de plutonium 239Pu après
deux désintégrations β-
B) Le neutron provoque une fission C) Le neutron se désintègre
En effet l'isotope 238U n'est pas fissile mais il peut quand même absorber des neutrons lents sans fissionner, permettant la création de plutonium 239Pu qui, lui, est fissile : un isotope qui produit un autre isotope fissile après absoption d'un neutron est dit fertile.
La réponse B serait correcte pour un isotope fissile, comme l'235U.
Réaction en chaîne
En 1933, avant de connaître la fission, Léo Szilard développa le concept de réaction nucléaire en chaîne : il imagina que si une réaction nucléaire pouvait produire en moyenne 1 neutron ou plus, qui pourraient eux-mêmes causer encore des réactions, le processus pourrait se perpétuer de lui-même.
En 1939, Szilard et Fermi vérifièrent qu'entre 2 et 3 neutrons rapides de 2-3 MeV chacun sont émis à chaque fission. Une partie des neutrons est perdue, mais si au moins un neutron par fission recontre un nouveau noyau fissile, la réaction continue. La possibilité d'une
croissance exponentielle du nombre de fissions permet la bombe nucléaire, de
puissance phénoménale. Craignant que les nazis développent une telle arme, Szilard, Wigner et Einstein envoyèrent une lettre au président Roosevelt, déclencheur du projet Manhattan. Dans un réacteur nucléaire, on peut obtenir une réaction en chaîne stable et contrôlée.
Criticalité
On définit le facteur de multiplication des neutrons k : c'est le nombre moyen de neutrons émis par une fission qui engendre une nouvelle fission. Les
neutrons restants peuvent être absorbés par d'autres noyaux sans induire de fission, ou ils peuvent s'échappent du système. Le facteur k dépend du
système (matériaux, géométrie) et détermine sa criticalité :
● k < 1, le système est sous- critique. Il faut une source externe de neutrons pour entretenir la réaction.
● k = 1, le système est critique.
La réaction s'entretient d'elle- même de manière stable.
● k > 1, le système est super- critique. La réaction
s'emballe.
Réacteurs nucléaires
Un réacteur nucléaire à fission entretient une réaction en chaîne contrôlée. Le but est d'obtenir un système critique (k = 1) en déterminant les paramètres suivants :
● Le combustible. Les isotopes de noyaux lourds pouvant fissionner
(thorium, uranium, plutonium...) ont chacun leurs propriétés physiques. Les isotopes fissiles, comme 235U et 239Pu, ont une grande probabilité de subir la fission avec des neutrons lents. Le mélange et la masse du combustible sont des facteurs important pour la conception du réacteur.
● Le modérateur. La probabilité de fission dépend de l'énergie des neutrons (selon le combustible utilisé). Les neutrons provenant de la fission sont rapides (2-3 MeV). Le plus souvent, on ralentit les neutrons pour
augmenter leur probabilité d'être absorbés par les noyaux fissiles. Le ralentissement a lieu lors de collisions élastiques avec les noyaux légers d'un modérateur : de l’eau (H2O), de l’eau lourde (D2O), ou du graphite (C).
● Les barres de contrôle. Des pièces mobiles faites d'un matériau qui absorbe les neutrons permettent de diminuer k au besoin en les introduisant au sein du réacteur.
Chicago pile-1
Le tout premier réacteur nucléaire fut construit et opéré en 1942 sous la direction de Enrico Fermi dans des locaux de l'Université de Chicago. Cela constitua l'étape initiale du projet Manhattan.
Lorsque l'amas contint une quantité suffisante d'uranium (masse critique), en retirant très lentement les barres de contrôle, la criticalité (k = 1) fut obtenue pendant un court moment, démontrant la réaction en chaîne de fission
nucléaire. Fermi remarqua ensuite : “L'utilisation de l'énergie nucléaire à grande échelle n'est plus qu'une question de temps”. Devinant que l'une de ces utilisations serait la bombe nucléaire, Szilard remarqua : “un jour sombre de l'histoire de l'humanité”. En plus de démontrer la réaction de fission en chaîne, cette expérience démontra que cette réaction pouvait être contrôlée, par exemple pour la production d'énergie.
Ce réacteur expérimental consistait en un empilement grossier de pastilles d'uranium naturel (combustible) et blocs de graphite (modérateur) traversé par des barres de contrôle en cadmium (absorbeur de neutrons). Ce réacteur ne possédait ni système de refroidissement, ni protection contre les radiations.
Centrales nucléaires modernes
Le système de réacteur à eau
pressurisée : un réacteur moderne utilise en général l'uranium enrichi à 2–4% en uranium-235, et de l’eau
ordinaire comme modérateur. L’énergie cinétique des produits de fission et des neutrons absorbés se transforme en chaleur. L'eau est sous pression pour l'empêcher de bouillir. Elle permet
aussi le refroidissement du coeur du réacteur en circulant et transférant
l'énergie thermique à un second circuit. Dans le second circuit, la vapeur d'eau est conduite à travers une turbine classique qui produit l’électricité.
Le réacteur ne peut pas devenir supercritique car le surchauffement diminue la densité du modérateur et réduit automatiquement k. Une haute température augmente aussi la probabilité que les neutrons soient absorbés par des
noyaux, diminuant k. La présence de neutrons retardés (provenant des
produits de fission) aide également en augmentant le temps de réaction par manipulation des barres de contrôle. Une enceinte de confinement blindée empêche tout élément radioactif de s'échapper.
Déchets nucléaires
Une centrale standard utilise environ 20 tonnes d'uranium par année. Le
combustible usé contient encore environ 96% d'uranium (surtout 238U) ainsi que deux types de noyaux radioactifs :
● Les produits de fission (3%). Ils ont généralement de
courtes demi-vies et sont donc très radioactifs, mais durant une courte période. Exemples : 94Sr (t1/2 = 75 s) 89Sr (t1/2 = 50 jours) et 90Sr (t1/2 = 30 ans). Ainsi, au départ, le combustible usé est extrêmement chaud, et il est nécessaire de
l'entreposer dans une piscine pendant 10 à 20 ans.
● Les noyaux transuraniques (1%) produits par capture de neutrons (Np, Pu, Am, Cm). Ils sont généralement des émetteurs alpha avec de longues demi-vies. Les plus
importants sont 239Pu (t1/2 = 24110 ans) et 240Pu (6563 ans).
Il est possible de séparer l'uranium et le plutonium pour les recycler comme combustible dans des centrales spécialisées à neutrons rapides (plus
coûteuses). Une autre solution moins économique est d'entreposer le tout tel quel dans une couche géologique profonde et stable.
P. Mermod, Université de Genève 29
Réacteur naturel
On découvrit en 1972 à la mine d'Oklo (au Gabon) des gisements d'uranium ne contenant que 0.44% d'235U au lieu des 0.72% habituels. D'autres anomalies, telles que la présence de certains isotopes résultant des produits de fission, montrent que le site a entretenu des réactions de fission nucléaire il y a environ 2 milliards d'années.
Un aspect important est qu'à l'époque, lorsque la Terre était encore jeune, la concentration naturelle en 235U (demi-vie 700 millions
d'années) était d'environ 3%. La réaction en chaîne de fission se produisait alors
naturellement grâce aux minerais riches en uranium baignés par de l'eau souterraine qui jouait le rôle de modérateur. Lorsque l'eau s'évaporait, la réaction s'arrêtait, puis lorsque la roche refroidissait, l'eau revenait et la
réaction redémarrait. Cela a continué durant des centaines de milliers d'années, jusqu'à ce que la concentration en 235U soit trop faible pour soutenir la réaction.
Bombe nucléaire
La première application de la fission a été une bombe nucléaire (ou “bombe atomique”). Prenant de l'uranium enrichi à 85% ou plus en 235U, on obtient k > 1 en
amassant une quantité suffisante dans un petit volume pour avoir plus de neutrons produit que de neutrons perdus (masse critique). Prenant deux morceaux d'235U dont les masses sont sous-critiques séparément mais critiques une fois mises ensemble, il est possible de déclencher une réaction en chaîne au moment voulu.
En 1945, les américains testèrent également un concept à implosion avec du 239Pu, produisant une
explosion équivalente à 20000 tonnes de TNT. En août 1945, une bombe à uranium fut larguée sur Hiroshima, et une deuxième, au plutonium, sur Nagasaki, causant la capitulation du Japon. Ce fut la seule utilisation
d'armes nucléaires dans l'histoire.
Heureusement, le 235U ou 239Pu purs, nécessaires à la fabrication de bombes, sont très difficiles à produire.
Trinity test, 1945, Nouveau-Mexique
Fusion nucléaire
Lorsque des noyaux légers (11H, 21H,
31H) se combinent pour former des noyaux plus lourds (32He, 42He), il se produit une perte de masse, qui se manifeste par une libération d’une grande quantité d’énergie. C’est la fusion nucléaire.
Comme la répulsion entre les charges éléctriques des noyaux agit à plus
grande distance que la force nucléaire, une condition pour les faire fusionner est qu'ils se rapprochent suffisamment
grâce à une haute pression et/ou haute température.
Les éléments légers de l'Univers
(jusqu'à A = 60) ont été synthétisés de cette manière à l'intérieur des étoiles ou lors d'explosions de supernovae.
Le Soleil
À l'intérieur du Soleil et des étoiles, la contraction
gravitationnelle est telle qu'elle permet les conditions de pression et température nécessaires à la fusion nucléaire (ce n'est pas le cas pour des astres moins massifs, comme Jupiter). L'énergie émise lors de la combustion des éléments légers dans le Soleil non seulement le fait briller, mais aussi l'empêche de se ramasser totalement sur lui-même et
devenir un naine blanche. Elle est principalement due à la séquence suivante appelée cycle proton-proton, dont l’effet net est :
Avec Q = 24.7 MeV, à laquelle on peut aussi additionner 2 MeV
provenant de l'annihilation des positrons (e+ + e- → γ + γ + Q).
Réacteurs à fusion
L’idée d’utiliser l’énergie libérée par la fusion pour alimenter un réacteur
destiné à produire de l’électricité est très attrayante. Les réactions susceptibles d’ être utilisées sont :
Le deutérium 21H est abondant dans l’eau de mer (1g par 60 litres d’eau). La maîtrise de réactions de fusion stables ouvrirait la voie à des ressources en énergie quasiment illimitées. Toutefois, les températures requises posent un défi technologique. Une possibilité est le confinement magnétique d'un plasma de fusion au sein d'un tokamak, comme le réacteur JET en Angleterre. Cet enjeu considérable a mené la communauté scientifique internationale à lancer plusieurs projets d'envergure. Le réacteur expérimental géant ITER, en
construction en France, a pour but de produire dix fois plus d'énergie que celle consommée pour chauffer et confiner le plasma (sans produire d'électricité).
