Les réactions nucléaires
- Fiche de cours
- Quiz et exercices
- Vidéos et podcasts
- Connaitre les réactions de fusion et de fission nucléaire.
- Savoir qu’au cours d’une réaction nucléaire, il y a conservation du nombre de nucléons et des charges électriques.
- Connaitre le type de réaction nucléaire ayant lieu au sein d’une centrale nucléaire et au sein du Soleil.
- Une réaction nucléaire est une transformation de noyaux atomiques. Les éléments chimiques sont donc modifiés.
- Au cours d’une réaction nucléaire,
il y a conservation :
- du nombre de nucléons (A) ;
- du nombre de charges électriques (Z).
- Au sein d’une centrale nucléaire se déroule une réaction de fission nucléaire, dans laquelle un noyau lourd et instable se casse en noyaux plus légers, ce qui libère des protons et de l’énergie. C’est une réaction en chaine.
- Au sein du Soleil se déroule une réaction de fusion nucléaire, dans laquelle deux noyaux légers fusionnent pour former un noyau plus lourd, ce qui libère de l’énergie. Ce n’est pas une réaction en chaine.
- Les constituants de l’atome
- Le symbole des noyaux atomiques (
)
Des noyaux, et éventuellement des particules libres, entrent en collision pour former d’autres noyaux et éventuellement des particules libres.
Une particule libre est une particule seule, qui peut être :
- un neutron, de symbole
;
- un électron,
de symbole
;
- un positon, de symbole
;
- un proton, de symbole
.
L’équation d’une réaction nucléaire fait apparaitre le symbole des noyaux et des particules libres initiaux et finaux.
- du nombre de
nucléons (A) :
A1 + A2 = A3 + A4 ; - du nombre de charges
électriques (Z) :
Z1 + Z2 = Z3 + Z4.
Voici deux réactions nucléaires au cours desquelles on obtient un noyau d’iode (I) et deux protons.
- Le bombardement d’un noyau de
tellure (Te) avec un
proton :
Cette équation rend bien compte de la conservation :- du nombre de nucléons : 124 + 1 = 123 + 2 × 1 ;
- du nombre de charges électriques : 52 + 1 = 53 + 0.
- La fusion d’un noyau
d’antimoine (Sb) avec un noyau
d’hélium (He) :
Cette équation rend bien compte de la conservation :- du nombre de nucléons : 121 + 4 = 123 + 2 × 1 ;
- du nombre de charges électriques : 51 + 2 = 53 + 0.
Il existe trois principaux types de réactions nucléaires :
- les réactions de fission nucléaire ;
- les réactions de fusion nucléaire ;
- les réactions de désintégration spontanée (non abordées ici).
Certains noyaux atomiques contiennent beaucoup de protons (+). Or les charges égales se repoussent, ce qui rend ces noyaux instables.
Dans les centrales nucléaires, on utilise l’uranium 235 comme noyau fissile.
Les neutrons libérés cassent les noyaux d’uranium 235 voisins en libérant d’autres neutrons, qui vont à leur tour casser des noyaux voisins, etc. : c’est une réaction en chaine.
Différentes réactions peuvent avoir lieu dans une centrale nucléaire.
Une des plus courantes est la suivante.
- Le noyau père est l’uranium 235
(
).
- Les noyaux fils sont les
strontium 94 (
) et le
xénon 140 (
).
La fission de l’uranium au sein d’une centrale nucléaire
Au cours d’une réaction de fission, il y a libération d’énormément d’énergie thermique, beaucoup plus qu’une réaction chimique comme les combustions.
La fission de 1 g d’uranium 235 libère environ 80 milliards de joules d’énergie thermique, soit presque 2 millions de fois plus d’énergie que la combustion de 1 g de méthane.
Une réaction de fusion nucléaire libère une quantité d’énergie colossale, beaucoup plus importante qu’une réaction de fission.
Les noyaux légers qui fusionnent sont des isotopes de l’hydrogène et de l’hélium.
Pour initialiser une fusion nucléaire (rapprocher des noyaux jusqu’à ce qu’ils fusionnent), il faut une température très élevée (jusqu’à 200 millions de degrés Celsius), ainsi qu’une forte pression. C’est ce défi technique qui rend très compliqué la réalisation d’une fusion sur Terre.
La bombe H et le cœur des étoiles sont le siège de réactions de fusion.
Dans le Soleil, ce sont deux isotopes de
l’hydrogène, un noyau de
deutérium (
) et un noyau de
tritium (
), qui fusionnent pour
former un noyau d’hélium en
libérant un neutron.
Son équation nucléaire est la suivante.
La fusion nucléaire au sein du Soleil
Une réaction de fusion n’est pas une réaction en chaine.
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