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La fission et la fusion nucléaire
Fiche | Sciences et technologies
Secondaire
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Table des matières
La fission et la fusion sont deux types de transformations nucléaires, c’est-à-dire qu’elles impliquent le noyau des atomes.
La fission nucléaire
La fission nucléaire est la séparation du noyau d’un atome en plusieurs noyaux plus légers. Cette transformation peut aussi générer d’autres particules subatomiques.
Dans la nature, le radium |(\text{Ra})| présent dans le sol et les roches se désintègre en radon |(\text{Rn}),| un gaz radioactif naturel. On peut exprimer cette transformation de la manière suivante.
||^{226}_{88}\text{Ra}\rightarrow^{222}_{86}\text{Rn}+^{4}_{2}\text{He}||
Il s’agit ici d’une dégradation générant un rayonnement alpha |(\alpha).|
On retrouve le radon en concentration variée dans les sols et celui-ci peut s’infiltrer et s’accumuler dans les maisons, principalement dans les sous-sols si la ventilation n’est pas adéquate.
L’exposition prolongée au radon est la première cause de cancer du poumon chez les non-fumeurs.
La fission nucléaire artificielle de l’uranium est utilisée pour produire de l’électricité puisqu’elle libère énormément d’énergie avec une quantité d’uranium relativement faible.
Les isotopes de l’uranium se désintègrent de plusieurs façons différentes. Voici l’une d’entre elles à partir de l’uranium 236.
||^{236}_{92}\text{U}\rightarrow^{141}_{56}\text{Ba}+^{92}_{36}\text{Kr}+3\,^{1}_{0}\text{n}||
C’est principalement les isotopes d’uranium 238 (très abondant) et 235 (très instable) qui sont utilisés comme combustibles dans le réacteur d’une centrale nucléaire.
Une centrale nucléaire
IndustryAndTravel, Shutterstock.com
La fission nucléaire de l’uranium 236 peut être entrainée par l’ajout d’un neutron à un atome d’uranium 235 pour former temporairement de l’uranium 236. Cette réaction d’initiation se fait selon l’équation suivante.
||^{235}_{92}\text{U}+^{1}_{0}\text{n}\rightarrow^{236}_{92}\text{U}||
Lorsque le noyau de l’uranium 236 se désintègre une première fois, 3 neutrons sont libérés. Ces 3 neutrons peuvent se joindre à d’autres noyaux d’uranium 235 pour former 3 nouveaux noyaux d’uranium 236.
Cela provoque la fission nucléaire de ces 3 noyaux d’uranium 236, puis 9 noyaux, 27 noyaux, 81 noyaux, 243 noyaux et ainsi de suite. Il s’agit d’une réaction en chaine.
Représentation de la fission nucléaire de l’uranium 236 à partir d’uranium 235
La fusion nucléaire
La fusion nucléaire est la combinaison de noyaux d’atomes légers pour former un noyau plus lourd. Cette transformation peut aussi générer des particules subatomiques.
L’énergie du Soleil provient de la fusion nucléaire d’atomes d’hydrogène pour former de l’hélium.
||4\,^{1}_{1}\text{H}\rightarrow^{4}_{2}\text{He}+2\,^{0}_{1}\beta||
Au cours de cette réaction, 4 protons provenant de 4 atomes d’hydrogène distincts sont convertis en 2 protons et 2 neutrons au sein d’un même noyau d’hélium.
Cette transformation libère des particules bêta |(\beta)| ainsi que des quantités phénoménales d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique (chaleur, lumière visible, etc.).
Le Soleil
Iakov Kalinin, Shutterstock.com
Représentation de la fusion nucléaire dans le Soleil
Cette réaction émet de des particules bêta |(\beta)|, de l’énergie ainsi que des neutrinos.
La bombe à hydrogène (bombe H) utilise la fusion nucléaire. Plusieurs transformations complexes ont lieu, telles que la fusion du deutérium et du tritium, tous deux des isotopes de l’hydrogène.
||^{2}_{1}\text{D}+^{3}_{1}\text{T}\rightarrow^{4}_{4}\text{He}+^{1}_{0}\text{n}||
La bombe H Ivy Mike le 1er novembre 1952
Everett Collection, Shutterstock.com
Les principes de la fusion nucléaire sont dans la mire des scientifiques depuis quelques années. L’objectif serait d’exploiter l’énergie dégagée à la suite de la fusion nucléaire de noyaux atomiques afin de générer de l’électricité. Moins dommageable pour l’environnement que la fission nucléaire, la fusion pourrait être une solution durable de production d’électricité pour les générations futures.
Les étoiles sont un bon exemple de la quantité d’énergie qui peut être générée en continu grâce aux réactions de fusion nucléaire qui se produisent au sein de ces astres. Afin de reproduire ce phénomène en laboratoire, il existe de nombreux défis technologiques à surmonter. En effet, les scientifiques doivent :
-
faire en sorte que la réaction de fusion se produise en continu;
-
faire en sorte que la réaction de fusion produise plus d’énergie qu’il en a fallu pour la provoquer.
Partout dans le monde, des laboratoires de recherche étudient cette possibilité. Le National Ignition Facility est l’un de ces laboratoires. Pour le moment, la fusion nucléaire reproduite en laboratoire n’est pas un processus efficace. Par contre, les chercheurs s’approchent de l’atteinte de cet objectif de jour en jour.