Le tritium et le deutérium sont deux des trois isotopes de l’hydrogène utilisés comme combustible dans les réactions de fusion nucléaire. L'hydrogène a trois isotopes : le protium, le deutérium et le tritium.
Une réaction de fusion nucléaire consiste en l'union de deux noyaux légers avec le minimum nombre de protons (atomes d'hydrogène) pour n'en former qu'un seul. Cela se produit lorsque les noyaux se rapprochent tellement que les forces nucléaires entre eux deviennent très fortes.
Les réacteurs à fusion nucléaire ne sont pas encore une réalité. Les charges électriques des noyaux de deutérium et de tritium sont positives. La complexité vient du fait que pour les fusionner, les centrales nucléaires doivent contenir ces atomes dans un plasma à très haute température.
Ce type d'énergie est en phase d'étude et se veut une alternative aux actuels réacteurs à fission nucléaire comme source d'énergie électrique. L'avantage de cette technologie est qu'elle produira une énergie pratiquement illimitée puisque le deutérium et le tritium peuvent être obtenus à partir d'hydrogène ordinaire. Rappelons que cet élément chimique se trouve en abondance dans l'air et l'eau de mer.
Tritium : définition et propriétés
Le tritium est un isotope radioactif de l'hydrogène dont le noyau est constitué d'un proton et de deux neutrons. L'application la plus importante du tritium est son utilisation comme combustible nucléaire pour obtenir de l'énergie par fusion nucléaire.
Il est généralement désigné par le symbole T, bien qu'il doive systématiquement être symbolisé par 3H. Il a été mis en évidence en 1934 par E. Rutherford, Oliphant et Harteck dans l'étude du bombardement du deutérium avec des deutérons.
Le tritium est un isotope naturel généré par l'action des rayons cosmiques sur les gaz atmosphériques. En revanche, cet isotope peut être obtenu industriellement par bombardement du lithium avec des neutrons de basse énergie.
Le tritium a une demi-vie de 12,3 ans et émet un rayonnement bêta (β) de très faible énergie (0,018 MeV), totalement exempt de rayonnement γ, il n'a donc pratiquement pas de radiotoxicité.
Effets du tritium sur la santé
Les particules bêta formées par la réaction nucléaire de décomposition du tritium ne se propagent dans l'air que sur 6,0 mm et ne peuvent même pas franchir la couche supérieure de la peau humaine. Cependant, cet isotope présente un risque d'irradiation lorsqu'il est inhalé, absorbé avec de la nourriture et absorbé par la peau.
A quoi sert le tritium ?
Le tritium peut être utilisé dans différentes applications avec différents objectifs :
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Éclairage auto-alimenté : les particules bêta émises par la désintégration radioactive de petites quantités de tritium font briller des substances chimiques appelées luminophores.
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Armes nucléaires : Cet élément chimique est utilisé pour améliorer l'efficacité et les performances des bombes à fission nucléaire et les étapes de fission des bombes à hydrogène.
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Fusion nucléaire contrôlée : Le tritium est un combustible important pour la fusion nucléaire contrôlée dans les conceptions de réacteurs nucléaires à confinement magnétique et à fusion inertielle.
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Chimie analytique : Le tritium est parfois utilisé comme radiomarqueur.
Deutérium : définition et propriétés
Le deutérium (²H) est un isotope stable de l'hydrogène présent dans la nature avec un rapport de un sur 6500 atomes d'hydrogène. Le noyau atomique du deutérium est composé d'un proton et d'un neutron.
Le mer contient cet isotope car il est obtenu à partir d’eau lourde. L'eau lourde se trouve en abondance dans la croûte terrestre. Le deutérium est également connu sous le nom d'hydrogène lourd et est représenté par le symbole 2H ou D. Bien qu'il s'agisse d'un atome d'hydrogène, les propriétés physiques entre le deutérium et un atome d'hydrogène léger sont maximales puisque la masse atomique du deutérium est le double.
A quoi sert le deutérium ?
Le deutérium est utilisé dans l'énergie nucléaire comme combustible dans les processus de fusion nucléaire avec le tritium. Son utilisation s'explique par sa grande section efficace de la réaction.
D'autre part, en chimie, cet isotope de l'hydrogène est utilisé comme traceur isotope non radioactif dans les molécules pour étudier les changements métaboliques et les réactions chimiques car, d'un point de vue chimique, il se comporte de la même manière que l'hydrogène ordinaire.