La production d'énergie nucléaire

Il existe deux principaux moyens de produire de l'énergie nucléaire : la fission et la fusion.

La fission nucléaire

LES ATOMES FISSIBLES

    Le noyau de certains atomes peuvent se briser en deux sous l’effet d’une collision avec un projectile approprié, Dans ce cas, le neutron.
    En effet, grâce a sa neutralité électrique, le neutron peu s'approcher du noyaux electriquement positif , sans être repoussée par des forces électriques. Le neutron peut alors pénétrer ce noyau et le briser en plusieurs morceaux. Il s'agit plus d'une d’une cassure interne déclenchée par l’arrivée de ce neutron supplémentaire qu'une explosion du noyau. C'est un bouleversement de la sturcture interne du noyaux proboqué par ce neutron suplémentaire, sous l’action de la force nucléaire. Le scindement  du noyau est appelée réaction de fission. Seul les atomes dit fissible on la possibilité de ce fragementer de la sorte au contact d'un neutron. Les plus connus d’entre eux sont l’uranium 235 et le plutonium 239. Les élements produits par cette fission sont les produits de fission. Ils sont la plupart du temps radioactifs.

L'ÉNERGIE LIBÉRÉE PAR LA FISSION

   La réaction de fission d’un noyau provoque un important  dégagement d’énergie.
Les produits de fission consomment une grande partie de cette énergie par énergie cinétique : ils sont éjectés avec une grande vitesse (8 000 km/s). Ils s'entrechoquent avec les atomes voisins en perdant de la sorte leur vitesse et donc leur énergie en échauffant la matière environnante et s’arrêtent dans la masse d’uranium. Leur énergie de départ se trouve finalement transformée en chaleur ce que provoque un échauffement local de l'uranium. Le principe d’un réacteur nucléaire est de récupérer cette chaleur et de la transformer en électricité.

LES NEUTRONS ET LA RÉACTION EN CHAÎNE

    Deux à trois neutrons dde haute énergie sont produits par une fission et se déplacent à une vitesse importante (20 000 km/s) parmi les atomes d’uranium .L' énergie emportée par les neutrons est très faible par rapport à celle produit par la fission, l’essentiel de cette énergie étant emportée par les produits de fission. Mais les neutrons ayant une masse beaucoup plus faible que celle des produits de fission, leur vitesse est très grande.
Neutres électriquement et de petite dimension, les neutrons vont pouvoir se déplacer asser loin avant d’interagir avec un autre noyau d’atome. S’il s’agit d’un atome d’uranium , ils donneront éventuellement lieu à leur tour de nouvelles fission.
Les deux ou trois neutrons libérés lors d’une fission vont pouvoir donc  provoquer une nouvelle fission qui libérera d'autres électrons qui provoquera de nouvelles fissions, ect....On a donc une réaction en chaîne.
    Dans un réacteur nucléaire, afin de limiter la quantité d'énergie thermique produite, la réaction en chaîne est contrôllé à l'aide de barres qui capturent les neutrons présents dans le coeur pour maintenir un rythme de fissions constant. Il ne faut q'un seul neutron, sur les deux ou trois produits par la fission pour provoquer une nouvelle fission, les autres étant capturés. Un équilibre doit être atteint. La quantité de chaleur libérée par seconde dans le coeur du réacteur  est ainsi parfaitement contrôlée.

Réaction en chaîne non contrôlée

réaction en chaîne controlée

La Fusion Nucléaire

    La fusion nucléaire  est,  l'un des deux principaux types de réactions nucléaires avec la fission. Il ne faut pas la  confondre avec la fusion du cœur d'un réacteur nuclaire qui est un accident nucléaire particulièrement redoutable.

Lors de la fusion nucléaire deux noyaux atomiques s'assemblent pour former un nouveau noyau plus lourd. Cette fusion produit d'énormes quantités d'énergie provenant de l'attraction entre les nucléons due à l'intéraction forte.

Cette réaction est naturelement présente dans les étoiles de notre univers dont notre Soleil.

L'intérêt de la fusion nucléaire est qu'elle permet de produire bien plus d'énergie que la fission nucléaire. De plus, le principal élément nécessaire à cette fusion, le deuterium, est présent dans les océans dans des quantité suffisement importantes pour allimenter la planète entière pedant plusieurs millénaires. De plus les produits de la réaction de fusion, principalement de l'hélium 4, ne sont pas radioactifs.

Mis à part la bombe H, aucune application effective de la fusion à la production d'énergie n'a encore vu le jour, en dépit des nombreux travaux de recherche réalisés dans le monde entier depuis 50 ans.

schéma de la fusion nucléaire