REVIZ.fr – L'énergie nucléaire

Niveau : première
Matière : physique (le nucléaire)


Une partie de cette énergie est transformée en énergie interne (échauffement).

L’unité de masse en physique atomique

Le kilogramme est une unité mal adaptée à la physique nucléaire. Les physiciens ont donc pris l’habitude de mesurer la masse des atomes en unité de masse atomique, notée u . L’unité de masse atomique est égale au douzième de la masse d’un atome de carbone 12.

Par définition, 12.10-3 kg de carbone 12 valent une mole d’atomes de 12C, soit 6,02.1023 atomes (constante d’Avogadro).

1 u = m(C12) = x 1,66.10-27 kg

Perte de masse

Revenons à l’équation de la réaction nucléaire spontanée que nous avons vu précédemment et établissons la différence de masse entre les réactifs et les produits. Pour cela, comparons la masse du noyau du Radium 226 à la somme des masses des noyaux produits (Radon 222 + Hélium 4).

Remarque : ces masses sont généralement données dans l’énoncé du problème.

  • pour les réactifs:       mréac = m(Ra) = 225,9771 u
  • pour les produits:
    mprod = m(Rn) + m(He) = 221,9703 + 4,0015 = 225,9718 u

Il y a une très légère perte de masse !

Relation de Einstein

En 1905, Einstein a découvert la relation entre la masse et l’énergie : une perte de masse correspond à une apparition d’énergie (et inversement).

Eparticule au repos = mc2

avec m en kg et c= 3.108 m.s-1

Eparticule en mouvement = E0 + EK

Comme il y a conservation de la masse, l’énergie au repos doit être égale à l’énergie en mouvement.

Les énergies calculées sont souvent très faibles. Plutôt que de les exprimer en Joules (J), on utilise l’électron-volt :

1 e.v = 1,6. 10-19 C x 1V = 1,6. 10-19 J

Energie de liaison d’un noyau

Curieusement, la masse d’un noyau est inférieure à la somme des masses de ses constituants !
C’est ce que l’on appelle le défaut de masse du noyau.

L’énergie de liaison est l’énergie qu’il faut fournir pour séparer les nucléons.

EL = ( Z . mPROTON + (A-Z). mNEUTRON – mATOME ) . c2

Elle concerne uniquement les noyaux lourds (comme l’uranium 235). Il s’agit d’une réaction provoquée qui consiste à diviser un noyau lourd sous l’impact d’un neutron.

La fission s’accompagne d’une perte de masse donc il y a libération d’énergie.

Exemple

La fission produit en général 2 ou 3 neutrons, qui vont à leur tour provoquer la fission d’autres noyaux d’uranium : c’est une réaction en chaîne. Dans les centrales nucléaires, cette énergie est maîtrisée et permet d’alimenter les habitations en énergie. En revanche, si la réaction n’est pas maîtrisée, on obtient une bombe A (ex : Hiroshima).

L’énergie libérée par la fission d’un gramme d’uranium 235 équivaut à l’énergie libérée par la combustion de 2,5 tonnes de charbon.

Deux noyaux légers s’assemblent pour former un noyau plus lourd. La fusion s’accompagne d’une perte de masse donc il y a libération d’énergie : l’énergie thermonucléaire. C’est cette réaction qui a lieu dans les étoiles, comme notre Soleil par exemple.

Si la réaction n’est pas contrôlée, on obtient une bombe H (vient de Hydrogène).

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