La fission nucléaire
En quoi la découverte du noyau atomique est-elle une avancée scientifique
et quelles sont ses conséquences sur l'Homme ?
Pour cette première partie, nous verrons ensemble l’aspect théorique de la fission nucléaire. Ainsi, nous commencerons par parler de l’acteur principal de cette fission : le noyau de l’atome (ses caractéristiques, sa découverte). Puis nous verrons comment ce noyau reste lié pour ensuite voir comment le délier (avec la fission, notamment).
Sommaire de la partie I
I. Le Noyau de l'atome
- A. Rappels
- B. La découverte du noyau
- C. L'unité de masse
- A. La cohésion nucléaire
- B. Noyau et énergie
- C. La Courbe d'Aston
- A. Une réaction nucléaire provoquée
- B. Bilan de masse et d'énergie
III. La fission nucléaire
A. Une réaction nucléaire provoquée
La fission est une réaction nucléaire qui ne concerne que les noyaux les plus massifs (comme nous l’avons vu sur la courbe d’Aston). Il y a fission si un noyau lourd d’un atome (A > 200) est heurté par un neutron. Le noyau se fragmente en deux parties de masse égales et il y a projection d’un ou plusieurs neutrons. Ce ou ces derniers sont alors responsables d’autres fissions avec d’autres noyau lourd : on parle alors de réaction en chaîne. Dans les noyaux résultants d’une fission, il y a moins de nucléons que sur le noyau de départ. Selon la courbe d’Aston, comme ils ont moins de nucléons, ces noyaux sont plus stables. Le neutron n’est pas repoussé par les interactions électrostatiques en heurtant le noyau car il n’est pas chargé électriquement (il est neutre).
Les nucléides les plus fréquents à être mis en jeu dans une fission sont l’uranium 235, l’uranium 233 et le plutonium 239. Ceux-ci possèdent tous un nombre important de nucléons. Un réaction de fission peut avoir des produits différents pour les mêmes réactifs. Voici un exemple de bilan avec l’uranium 235 :
Ici, les charges sont conservées car 92 = 38 + 34. De même pour le nombre de nucléons : 235 + 1 = 94 + 140 + 2 x 1.
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Pour un même nucléide initial, les possibilités de produits de fission sont extrêmement nombreuses. Pour l’uranium 235, l’uranium 233 et le plutonium 239, la plus grande probabilité est d’obtenir un noyau voisin de 90 nucléons et un autre voisin de 140 nucléons. L’image à gauche donne la répartition statistique des noyaux formés après fission de l’uranium 235 provoqué par neutron. |
B. Bilan de masse et d'énergie
Lors d’une fission nucléaire, il y a production d’énergie. Cette énergie peut être calculée grâce à la relation d’Einstein. On applique la formule E = ( mi - mf ) x c2 avec mi la masse initiale et mf la masse finale. On va, par exemple, calculer l’énergie produite lors de la fission de l’uranium 235.
Données : |
mi - mf = (mUr + mn) - (mXe + mSr + 2 x mn) = 236,002 09 - 235,787 20 = 0,214 89 u = 0,214 89 x 1,660 55 x 10-27 kg = 3,568 59 x 10-28 kg E = m x c2 = 3,568 59 x 10-28 x (3,00 x 108)2 = 3,2 x 10-11 J |
Par ces calculs, on en déduit qu’un atome d’uranium 235 rentrant en fission avec un neutron dégage 3,21 x 10-11 J. Pour une mole, cette énergie est égale à 3,21 x 10-11 x Na (avec Na le nombre d’Avogadro), soit 3,21 x 10-11 x 6,02 x 1023 = 1,93 x 1013 J. Sachant que 1 TEP (Tonne d’équivalent pétrole) = 41,85 x 109 J, >l’énergie d’une fission nucléaire d’une mole d’uranium 235 est équivalent à 460 TEP !
Cette quantité d’énergie est très importante, c’est pour cela qu’on peut se demander comment on peut la contrôler et de quel manière peut-on l’exploiter. C’est que nous vous proposons de voir dans la seconde partie de ce site.