Vous savez sûrement que l’une des façons de produire de l’énergie et de l’électricité passe par l’utilisation de l’énergie nucléaire. Mais vous ne savez peut-être pas comment cela fonctionne vraiment. Il existe deux processus de formation de l'énergie nucléaire: fission nucléaire et fusion nucléaire.
Voulez-vous savoir ce qu'est la fission nucléaire et tout ce qui y est lié?
Fision nucléaire
La fission nucléaire est une réaction chimique dans laquelle le noyau le plus lourd est bombardé de neutrons. Lorsque cela se produit, il devient un noyau plus instable et se décompose en deux noyaux, dont les tailles sont similaires dans le même ordre de grandeur. Dans ce processus une grande quantité d'énergie est libérée et plusieurs neutrons sont émis.
Lorsque les neutrons sont émis par la division du noyau, ils sont capables de provoquer d'autres fissions en interagissant avec d'autres noyaux proches. Une fois que les neutrons provoquent d'autres fissions, les neutrons qui en seront libérés généreront encore plus de fissions. Ainsi de suite, car une grande quantité d'énergie est générée. Ce processus se produit en une petite fraction de seconde et est connue sous le nom de réaction en chaîne. Les noyaux qui se sont fissurés libèrent un million de fois plus d'énergie que celle obtenue en brûlant un bloc de charbon ou en faisant exploser un bloc de dynamite de même masse. Pour cette raison, l'énergie nucléaire est une source d'énergie très puissante et utilisée pour des besoins énergétiques élevés.
Cette libération d'énergie se produit plus rapidement que lors d'une réaction chimique.
Lorsque des fissions neutroniques se produisent et qu'un seul neutron est libéré provoquant une fission ultérieure, le nombre de fissions se produisant par seconde est constant et les réactions peuvent être bien contrôlées. C'est le principe selon lequel ils fonctionnent réacteurs nucléaires.
Différence entre fusion et fission
Les deux sont des réactions nucléaires qui libèrent l'énergie contenue dans le noyau d'un atome. Mais il y a de grandes différences entre les deux. La fission nucléaire, comme cela a été commenté, est la séparation du noyau le plus lourd en noyau plus petit, par collision avec des neutrons. Dans le cas de la fusion nucléaire, c'est le contraire. Il est la combinaison de noyau plus légère pour en créer un plus gros et plus lourd.
Par exemple, dans la fission nucléaire, uranium 235 (c'est le seul isotope qui peut subir une fission nucléaire et se trouve dans la nature) se combine avec un neutron pour former un atome plus stable qui se divise rapidement etn baryum 144 et krypton 89, plus trois neutrons. C'est l'une des réactions possibles qui se produisent lorsque l'uranium se combine avec le neutron.
Avec cette opération, les réacteurs nucléaires que l'on trouve actuellement et qui sont utilisés pour la production d'énergie électrique agissent.
Pour que la fusion nucléaire ait lieu, il est nécessaire que les deux noyaux plus légers s'unissent pour en former un plus lourd. Dans ce processus, une grande quantité d'énergie est libérée. Par exemple, dans le Soleil, des processus de fusion nucléaire ont lieu en permanence dans lesquels des atomes de masse inférieure s'unissent pour en former des plus lourds. Les deux noyaux plus légers doivent être chargés positivement et se rapprocher l'un de l'autre en surmontant les forces électrostatiques de répulsion qui existent. Cela nécessite une grande quantité de température et de pression. Sur notre planète, puisqu'il n'y a pas de pression qui existe dans le Soleil, l'énergie nécessaire dont les noyaux ont besoin pour réagir et surmonter ces forces répulsives ils sont réalisés au moyen d'un accélérateur de particules.
L'une des réactions de fusion nucléaire les plus typiques est celle qui consiste en la combinaison de deux isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium, pour former un atome d'hélium plus un neutron. Lorsque cela se produit, il y a dans le Soleil des pressions gravitationnelles élevées auxquelles les atomes d'hydrogène sont soumis et ils ont besoin de températures de 15 millions de degrés Celsius pour fusionner. Chaque seconde 600 millions de tonnes d'hydrogène fusionnent pour former de l'hélium.
De nos jours il n'y a pas de réacteurs qui fonctionnent avec la fusion nucléaire, car il est très complexe de recréer ces conditions. Le plus que l'on voit est un réacteur expérimental de fusion nucléaire appelé ITER qui est en cours de construction en France et qui tente de déterminer si ce processus de production d'énergie est viable à la fois technologiquement et économiquement, réalisant la fusion nucléaire par confinement magnétique.
Masse critique
La masse critique est le moins de matière fissile qui est nécessaire pour qu'une réaction nucléaire en chaîne puisse être maintenue et que de l'énergie puisse être générée de manière constante.
Bien que dans chaque fission nucléaire entre deux et trois neutrons soient produits, tous les neutrons qui sont libérés ne sont pas capables de pouvoir continuer avec une autre réaction de fission, mais certains d'entre eux sont perdus. Si ces neutrons libérés par chaque réaction sont perdus à une vitesse supérieure à celle sont susceptibles de se former par fission, la réaction en chaîne ne sera pas durable et ça s'arrêtera.
Par conséquent, cette masse critique dépendra de plusieurs facteurs tels que les propriétés physiques et nucléaires, la géométrie et la pureté de chaque atome.
Pour avoir un réacteur dans lequel le moins de neutrons s'échappent, une géométrie sphérique est nécessaire, car elle a la surface minimale possible pour que la fuite de neutrons est réduite. Si le matériau que nous utilisons pour la fission, nous le bordons avec un réflecteur à neutrons, beaucoup plus de neutrons sont perdus et la masse critique nécessaire est réduite. Cela économise des matières premières.
Fission nucléaire spontanée
Lorsque cela se produit, il n'est pas nécessaire qu'un neutron doive être absorbé de l'extérieur, mais dans certains isotopes de l'uranium et du plutonium, ayant une structure atomique plus instable, ils sont capables de fission spontanée.
Par conséquent, dans chaque réaction de fission nucléaire, il y a la probabilité par seconde qu'un atome soit capable de fission spontanément, c'est-à-dire sans que personne n'intervienne. Par exemple, le plutonium 239 est plus susceptible de fission spontanément que l'uranium 235.
Avec ces informations, j'espère que vous en saurez davantage sur la manière dont l'énergie nucléaire est créée pour la production d'électricité dans les villes.