Noyaux, masse et énergie-⚛️ Fission et fusion nucléaires 4
⚛️ Fission et fusion nucléaires
La fission nucléaire est une réaction nucléaire provoquée, au cours de laquelle un noyau lourd éclate en deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron \(^{1}_{0}n\).
📌 Schéma d’une réaction de fission : noyau lourd + neutron → 2 noyaux légers + neutrons
Une réaction de fission donne naissance à des noyaux fils mais aussi à des neutrons. Ces neutrons peuvent provoquer d’autres fissions nucléaires, contribuant ainsi à la naissance d’une réaction en chaîne.
- Bombe atomique : réaction en chaîne non contrôlée → explosive.
- Centrales nucléaires : réaction en chaîne contrôlée (barres de contrôle absorbant les neutrons) → production d’énergie maîtrisée.
La fusion nucléaire est une réaction nucléaire provoquée, au cours de laquelle deux noyaux légers fusionnent pour former un noyau plus lourd et plus stable.
📌 Fusion deutérium + tritium → hélium + neutron + énergie
☀️ La fusion est la source d’énergie des étoiles (dont le Soleil). Elle libère beaucoup plus d’énergie par unité de masse que la fission.
🔬 Projet ITER : recherche sur la fusion contrôlée pour produire de l’énergie propre.
Soit une réaction nucléaire quelconque d’équation :
\(\Delta E = \big[ (m(X_3) + m(X_4)) – (m(X_1) + m(X_2)) \big] \cdot c^2\)
Où \(E_{Li}\) sont les énergies de liaison des noyaux.
💡 Interprétation :
- Si \(\Delta E < 0\) : réaction exoénergétique (libération d’énergie).
- Si \(\Delta E > 0\) : réaction endoénergétique (absorption d’énergie).
- L’énergie libérée est \(E_{\text{lib}} = |\Delta E|\).
📌 Diagramme d’énergie d’une réaction nucléaire exoénergétique (ΔE < 0)
- Noyau lourd → 2 noyaux légers
- Provoquée par un neutron
- Réaction en chaîne
- Applications : centrales nucléaires, bombes A
- 2 noyaux légers → 1 noyau plus lourd
- Nécessite une température très élevée
- Source d’énergie des étoiles
- Applications : bombes H, recherche (ITER)
\(\Delta E = \Delta m \cdot c^2 = (m_f – m_i) \cdot c^2\)
\(\Delta E = (E_{L1} + E_{L2}) – (E_{L3} + E_{L4})\)
\(\Delta E < 0\) : libération d’énergie
\(E_{\text{lib}} = |\Delta E|\)
Calculer l’énergie libérée par la réaction de fusion suivante :
Données : \(m(^{2}_{1}H) = 2,01410\ \text{u}\) ; \(m(^{3}_{1}H) = 3,01605\ \text{u}\) ; \(m(^{4}_{2}He) = 4,00260\ \text{u}\) ; \(m(^{1}_{0}n) = 1,00867\ \text{u}\) ; \(1\ \text{u} = 931,5\ \text{MeV}/c^2\)
✔️ Masse initiale : \(m_i = 2,01410 + 3,01605 = 5,03015\ \text{u}\)
✔️ Masse finale : \(m_f = 4,00260 + 1,00867 = 5,01127\ \text{u}\)
✔️ \(\Delta m = m_f – m_i = 5,01127 – 5,03015 = -0,01888\ \text{u}\)
✔️ \(\Delta E = \Delta m \times 931,5 = -0,01888 \times 931,5 \approx -17,59\ \text{MeV}\)
✔️ Énergie libérée : \(E_{\text{lib}} = |\Delta E| \approx \boxed{17,59\ \text{MeV}}\)