La fission est une réaction nucléaire au cours de laquelle l'impact d'un neutron sur un noyau lourd provoque son éclatement en deux noyaux plus légers. Les neutrons émis peuvent à leur tour atteindre un noyau cible, rendant possible une réaction en chaîne. Ce phénomène est utilisé dans les centrales nucléaires.
La fusion nucléaire est une transformation nucléaire dans laquelle deux noyaux d'atomes légers s'associent pour former un unique noyau plus lourd. Les atomes souvent impliqués dans le mécanisme de fusion sont en général l'hydrogène et ses isotopes, le deutérium ou le tritium.
Les transformations nucléaires sont des réactions qui se déroulent à l'intérieur du noyau d'un atome et qui entraînent le dégagement d'une très grande quantité d'énergie : l'énergie nucléaire.
La réaction en chaîne de la fission nucléaire
L'uranium est un élément constitué d'atomes lourds. Ces atomes possèdent un noyau capable de se casser en deux noyaux plus petits sous l'impact d'un neutron. Ce phénomène est appelé fission nucléaire.
La fission nucléaire résulte de l'instabilité de noyaux lourds. Elle peut être provoquée par l'impact d'un neutron avec un noyau. Il en résulte la cassure du noyau (noyau père) en deux noyaux plus petits (noyaux fils), l'émission de rayonnement gamma et de quelques neutrons.
Modéliser une transformation nucléaire. Les transformations nucléaires sont modélisées par une réaction nucléaire qui traduit la conservation du nombre de charge et du nombre de masse. Ce sont les lois de Soddy. Par contre, l'élément chimique ne se conserve pas : les noyaux des atomes sont modifiés.
La fission est l'éclatement d'un atome lourd en atomes plus légers lors de la collision entre un atome et un neutron par exemple. Cette réaction est accompagnée d'une émission de neutrons, de rayonnements ionisants et d'un fort dégagement de chaleur.
Ces trois types de réactions, la fission, la fusion, et la radioactivité, ont un point commun : ce sont des transformations nucléaires.
La fission consiste à projeter un neutron sur un atome lourd instable (uranium 235 ou plutonium 239). Ce dernier éclate alors en 2 atomes plus légers. Cela produit de l'énergie, des rayonnements radioactifs et 2 ou 3 neutrons capables à leur tour de provoquer une fission.
Le principal avantage de la fusion thermonucléaire est qu'elle libère une quantité d'énergie bien plus grande que la fission et ne produit pas de déchets radioactifs pendant des milliers d'années. De plus, le deutérium est quasiment inépuisable (il est présent dans l'eau) et le tritium est facile à produire.
Les transformations chimiques modifient le cortège électronique des atomes, tandis que les transformations nucléaires modifient le noyau des atomes. Des noyaux pères réarrangent leurs nucléons pour donner des noyaux fils. Il n'y a donc pas de modification de la charge électrique (Z) ni du nombre de nucléons (A).
Deux types de réactions nucléaires : la fission et la fusion.
Une réaction nucléaire est le processus au cours duquel un ou plusieurs noyaux atomiques sont transformés pour donner des noyaux de masse et/ou de charge différentes. Elle se distingue d'une réaction chimique, qui ne concerne que les électrons ou les liaisons entre les atomes.
La conclusion est simple : si nous voulons libérer de l'énergie nucléaire, il nous faut : Soit assembler des petits noyaux pour en faire de plus gros ; c'est la fusion. Soit casser des gros noyaux pour en faire de moins gros : c'est la fission.
Là où la fusion consiste à rassembler deux noyaux légers pour en faire un plus lourd, la fission casse un noyau lourd en deux noyaux plus légers. En France, c'est la fission, et non la fusion, qui est utilisée pour générer de l'électricité.
Un peu d'histoire
La fission nucléaire a été découverte par l'Allemand Otto Hahn et son assistant Fritz Strassmann avec la contribution d'une physicienne autrichienne, Lise Meitner.
Dans un réacteur nucléaire, lorsqu'un noyau d'uranium 235, ou d'un autre atome lourd, fissionne par absorption d'un neutron, il se forme deux (exceptionnellement trois) nouveaux noyaux instables : les produits de fission (PF), ainsi que deux ou trois neutrons qui vont déclencher d'autres fissions par réaction nucléaire ...
1. Relatif au noyau de l'atome et à l'énergie qui en est issue ainsi qu'aux techniques qui utilisent cette énergie. 2. Qui appartient au noyau de la cellule.
1. Un atome d'uranium 235 absorbe un neutron et se divise en deux nouveaux atomes (produits de fission), relâchant trois nouveaux neutrons et de l'énergie de liaison. 2. L'un des neutrons est absorbé par un atome d'uranium 238 et ne continue pas la réaction, un autre neutron est simplement perdu.
En 1934, Ernest Rutherford réalise la première réaction de fusion en laboratoire (entre atomes de deutérium).
La fission des atomes d'uranium produit de la chaleur, chaleur qui transforme alors de l'eau en vapeur et met en mouvement une turbine reliée à un alternateur qui produit de l'électricité.
D'après la relation d'équivalence d'Einstein (1905), E = m. c², la « masse manquante » (différence entre la masse du noyau et la somme des masses des nucléons, est équivalente à une énergie.
5 Les réactions nucléaires provoquées
On distingue trois grands types de réaction : la transmutation, la fission et la fusion.
La fission nucléaire consiste à casser des noyaux atomiques lourds, comme ceux de l'uranium 235 ou du plutonium 239, en projetant sur eux un neutron. Un noyau lourd, percuté par un neutron, se divise en deux atomes plus légers.