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Énergie nucléaire

Définition de fission nucléaire, réactions en chaîne et exemples

Définition de fission nucléaire, réactions en chaîne et exemples

La fission nucléaire est la réaction chimique par laquelle le noyau d'un atome avec un noyau lourd est divisé, par exemple l' uranium 235. Grâce à cette opération, une grande quantité d'énergie est obtenue.

Le noyau des atomes est composé d'autres sous-particules plus petites : les protons et les neutrons. Selon l'élément du tableau périodique, la composition de ces sous-particules varie. Les protons ont une charge positive, ils ont donc tendance à se repousser. En revanche, les neutrons sont neutres, c'est-à-dire qu'ils n'ont pas de charge.

Les sous-particules de l'atome sont maintenues ensemble grâce à une force nucléaire qui les maintient ensemble. La force nucléaire est cent fois plus forte que la force électromagnétique.

Le but d'un processus de fission nucléaire est de modifier cet équilibre des forces, de briser cette force nucléaire et de permettre aux nucléons de se séparer.

Après la fission du noyau atomique on obtient divers fragments, deux ou trois neutrons et l'émission d'une grande quantité d'énergie. Ces fragments sont appelés produits de fission qui, ayant modifié leur composition protonique, sont des éléments chimiques différents.

C'est important de ne pas confondre fission et fusion nucléaire. La fusion est le procès inverse, c'est à dire, c'est un moyen d'obtenir un dégagement d' énergie à partir de la fusion de deux atomes légers. Les réactions qui ont lieu dans le Soleil sont de fusion nucléaire au millions de degrés Celsius. 

Comment se produit la fission nucléaire ?

Dans chaque processus de fission, il y a une perte de masse : la somme des masses des produits de fission est inférieure à la masse d'origine de l'atome. La masse manquante est convertie en énergie selon l'équation d' Einstein :

E = m·c2 

Où:

  • "E" est la quantité d'énergie obtenue produite.

  • "m" est la masse "perdue"

  • "c" est une constante : la vitesse de la lumière qui est de 299.792.458 m/s2.

L'énergie résultant d'une réaction de fission est sous forme de chaleur.

La fission nucléaire peut se produire lorsqu'un noyau d'un atome lourd capture un neutron ou spontanément en raison d'une instabilité isotopique. Dans une réaction de fission spontanée, l'absorption d'un neutron n'est pas nécessaire.

Quel est l'élément chimique utilisé dans une réaction de fission nucléaire ?

Le matériau utilisé comme combustible nucléaire a une structure atomique très instable. Les isotopes uranium 235 et plutonium 239 ont les caractéristiques idéales pour cet objectif car ils sont très lourds, avec un grand nombre de neutrons et protons dans le noyau.

Ayant autant de protons chargés positivement, le noyau a du mal à maintenir les liaisons de force pour les maintenir ensemble. Pour cette raison, la collision avec un seul neutron suffit à déstabiliser toute la structure et à la casser.

Réactions en chaîne de fission nucléaire

Une réaction en chaîne est un processus par lequel les neutrons libérés dans une première fission nucléaire produisent une fission supplémentaire dans au moins un autre noyau. Cette fission du noyau atomique libère à son tour des neutrons plus rapides donnant la possibilité de répéter le processus.

Définition de fission nucléaire, réactions en chaîne et exemplesLes neutrons sont de bons projectiles pour frapper le noyau car ils n'ont pas de charge électrique et le noyau atomique ne les rejette pas. Les neutrons rapides peuvent devenir des neutrons lents lorsqu'ils entrent en collision avec des particules dans un modérateur. Les neutrons lents sont plus susceptibles de frapper le noyau d'un autre atome de combustible.

Masse critique

La masse critique est la quantité minimale de matières fissiles pour qu'une réaction nucléaire en chaîne ait lieu. C'est-à-dire, si les neutrons libérés par chaque réaction nucléaire sont perdus sans générer une nouvelle réaction, plus rapidement qu'ils ne sont formés par fission, la réaction en chaîne ne sera pas auto-entretenue et s'arrêtera.

Comment les réactions de fission en chaîne sont-elles contrôlées ?

Définition de fission nucléaire, réactions en chaîne et exemples

Les éléments d'absorption des neutrons sont utilisés pour contrôler la quantité de neutrons libres dans l'espace de réaction. La plupart des réacteurs nucléaires sont commandés au moyen de barres de contrôle constituées d'un matériau qui a la propriété d'absorber les neutrons libres, par exemple le bore ou le cadmium.

En plus de la nécessité de capturer les neutrons, les neutrons ont souvent beaucoup d'énergie cinétique. La vitesse de ces neutrons rapides est réduite grâce à l'utilisation d'un modérateur de neutrons, tel que l'eau lourde et l'eau courante.

Exemples de fission nucléaire

Voici quelques exemples de réactions de fission nucléaire :

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Date de publication : 18 décembre 2009
Dernier examen : 20 octobre 2021