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Les Réactions nucléaires sont des réactions dans les noyaux des atomes
(d'où NUCLEAIRES). Elles représentent le comportement d'atomes face à un élément
extérieur, ou le comportement de deux atomes entre eux. Elles sont
deux, la fission et la fusion,
et produisent toutes deux de grandes quantités d'énergie. Pour comprendre, nous vous permettons de prendre
la place de savants fous, car vous pourrez lancer ces réactions nucléaires
sans aucun danger (pour vous, mais vérifiez si votre ordinateur, lui, ne
commence pas à fumer, on ne sait jamais ;-) et autant de fois que vous le
voudrez !
Un peu de sérieux... Dans une réaction nucléaire, il y a conservation du nombre de masses, c'est
à dire le nombre de nucléons, du nombre de charges, mais il y a perte de masse.
On verra plus bas où est partie cette masse.
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La fission nucléaire consiste à casser un atome lourd (par exemple,
l'uranium), afin d'obtenir de l'énergie. Comment le casser ? Et bien un
neutron suffit ! Enfin, n'importe quel atome ne peut pas casser. L'Uranium
238, par exemple, s'il reçoit un neutron, il ne cassera pas. Dans les
centrales nucléaires, c'est surtout l'Uranium 235 qui est utilisé. On le
bombarde avec un neutron, mais trop lourd et instable, il n'arrive pas à le
digérer. Il va alors se casser en deux atomes, et éjecte deux ou trois
neutrons. Les atomes qui sont susceptibles de casser ainsi sont dits fissiles.
Voici la première animation, qui vous montre comment la
fission d'un atome. Le neutron (en haut) est absorbé par cet atome. Ce dernier
n'arrive pas à le digérer, et il se disloque. Sous le choc, une partie de la
masse se transforme en énergie (l'éclair !), et ici, 3 neutrons sont
expulsés. Ce sont ces neutrons qui serviront dans les centrales nucléaires
pour la réaction en chaîne...
D'où vient cette très grosse énergie dégagée par la
fission ? Un arrêt sur la formule d'Einstein s'impose
!
L'uranium 235 (uranium à l'état naturel) est fissile, c'est
à dire qu'il peut casser s'il a un surplus de neutrons. L'Uranium 238 à 3
neutrons de plus, mais s'il capte un neutron (il aura alors 239 nucléons), il ne va
pas se casser. Des isotopes de l'uranium sont également utilisés lors de la
fission nucléaire, ce sont l'Uranium 233, le plutonium 239 (le plutonium est
bien un isotope de l'uranium, même s'il a un nom différent !), et le plutonium
241. Les atomes de plutonium sont produits dans les réacteurs des
centrales. En petite quantité, certes, mais cela n'enlève rien à l'attention
qu'on lui porte. En effet, il peut être utilisé à mauvais escient, pour des
attaques terroristes, par exemple. C'est pour cela que ses lieux de stockage
sont top secret !
En haut à gauche, un atome de Deutérium (un isotope de
l'Hydrogène), et en bas à gauche, le Tritium (aussi un isotope de
l'Hydrogène). Les deux atomes vont se percuter, et vont fusionner. Leurs deux
noyaux n'en forme plus qu'un, celui de l'Hélium (en bas à gauche). La loi qui
dit que dans une réaction nucléaire le nombres de masses ne changent pas est
bien vérifiée,
puisque avant fusion, on a bien 2+1=3 neutrons, et 1+1=2 protons, et après la
réaction nucléaire, on trouve 3 neutrons (les trois de l'Hélium et le neutron
éjecté) et 2 protons (ceux du noyau de l'Hélium).
Dans chaque noyau, il y a un proton, de charge positive. Oui,
mais + et +, ça se repousse ? C'est exact. Pour que cette réaction soit
possible, il fallait une autre force qui l'emporte sur la force électrique.
C'est la force d'interaction forte, qui va permettre entre autre d'assurer la
cohésion des noyaux atomiques. Cette force d'interaction forte s'exerce donc
entre des masses, quel que soit la charge des particules, elle est 100 à 1000
fois plus importante que la force électrique (relative aux charges des
particules), et elle ne s'exerce que sur des distances très très très petites
(inférieure à 10-14mètre !). Ainsi, si deux atomes se heurtent
très violemment, la force d'interaction forte prendra le dessus sur la force
électrique, et les noyaux pourront fusionner !
Dans une étoile, c'est cette réaction qui se produit en
continu. Dans l'intense bouillonnement au coeur de l'étoile, des atomes d'Hydrogène fusionnent, et forment des atomes plus lourds, comme
l'Hélium, vu
au-dessus. Et ces atomes formés fusionnent eux aussi, et de nombreux atomes
lourds se forment ainsi. Mais s'il n'y a plus assez d'Hydrogène dans l'étoile,
celle ci ne produit plus d'énergie, et libère les atomes lourds qu'elle a
formés, et meurent. C'est pour cela qu'on ne trouve pas que des atomes légers
dans l'univers. Le Carbone, l'Oxygène et le Fer ont été crées dans les
étoiles.
Perspicace, vous aurez sans doute pensé à une chose.
Pourquoi faire de la fission nucléaire, émettrice d'une quantité d'énergie
assez conséquente, alors que la fusion produit une quantité d'énergie bien
plus importante ? Et bien les scientifiques y ont pensé, et ils arrivent à reproduire cette
réaction en laboratoire ! Malheureusement, cette fusion nucléaire nécessite
une température très élevée pour se produire, et l'énergie produite est
beaucoup plus faible que l'énergie nécessaire à obtenir cette température...
Imaginez que l'Homme remplace la fission dans ses centrales par de la fusion,
ces centrales fonctionneraient à l'eau,
puisqu'elle contient de l'hydrogène ! Mais cette technique ne remplacera pas la fission nucléaire, tant qu'elle ne sera
pas plus rentable qu'elle.
Voilà, vous savez maintenant ce que
sont les réactions nucléaires. Pour finir, nous vous proposons de regarder une
application d'une réaction nucléaire par l'Homme, la centrale
nucléaire... 
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