L'énergie nucléaire est l'une des sources d'énergie les plus puissantes au monde. Généralement, il est utilisé dans les grandes centrales nucléaires pour produire de l’électricité à grande échelle. Cependant, peu de gens connaissent les processus qui permettent de transformer les noyaux des atomes en énergie pratique pour la vie quotidienne. De manière générale, cette énergie est générée à partir de deux processus différents : Fision nucléaire y la fusion nucléaire.
Dans cet article, nous approfondirons le processus de Fision nucléaire, expliquant comment ce type d'énergie est généré, quel est son mécanisme et en quoi il diffère de la fusion nucléaire, entre autres sujets clés.
Qu'est-ce que la fission nucléaire ?
La fission nucléaire est un type de réaction nucléaire dans laquelle le noyau d'un atome lourd se divise en noyaux plus légers, libérant ainsi une grande quantité d'énergie. C'est cette énergie qui est ensuite transformée, principalement, en électricité dans le cas des centrales nucléaires.
Dans ce processus, un neutron entre en collision avec le noyau d'un atome instable, tel que uranium-235 ou du plutonium-239. En capturant ledit neutron, le le noyau devient encore plus instable et se divise, libérant des neutrons et de l'énergie supplémentaires sous forme de chaleur et de rayonnement.
Ces neutrons supplémentaires peuvent, à leur tour, déclencher davantage de réactions de fission en entrant en collision avec d'autres noyaux instables, maintenant ainsi un réaction en chaîne ce qui, s’il n’est pas correctement contrôlé, peut conduire à une libération massive d’énergie de manière destructrice. C'est le principe de base qui permet le fonctionnement d'un réacteur nucléaire.
Un seul noyau fissuré Elle peut générer des millions de fois plus d’énergie qu’une réaction chimique classique, telle que la combustion de charbon ou de gaz. Cette performance énergétique impressionnante explique pourquoi l’énergie nucléaire constitue une option si attractive pour la production d’électricité.
Réaction en chaîne
Lors d’une fission nucléaire, plusieurs neutrons (généralement entre deux et trois) sont libérés. Ces neutrons peuvent continuer à interagir avec d’autres noyaux fissiles proches, provoquant davantage de fissions et libérant ainsi encore plus de neutrons et d’énergie. Ceci s'appelle réaction en chaîne.
Pour qu’une réaction en chaîne soit durable, il faut qu’au moins un des neutrons libérés par la fission initiale provoque une nouvelle fission. Si cette condition est remplie, la réaction peut se poursuivre de manière contrôlée. C'est le principe de fonctionnement de réacteurs nucléaires.
L’un des grands défis des centrales nucléaires est de pouvoir contrôler ce processus. Trop de fissions consécutives peuvent provoquer une libération soudaine d’énergie, tandis qu’un nombre trop faible de fissions rend impossible la production de suffisamment d’énergie. Les réacteurs nucléaires sont conçus pour maintenir cet équilibre en utilisant modérateurs et barres de contrôle Ils absorbent les neutrons lorsque cela est nécessaire.
Différences entre la fission nucléaire et la fusion
La fission et la fusion libèrent toutes deux l’énergie contenue dans le noyau d’un atome, mais le mécanisme derrière chacune est très différent.
Sur Fision nucléaireune le noyau lourd se divise dans des noyaux plus petits, comme mentionné précédemment, tandis que dans le la fusion nucléaire, le processus est inverse : noyaux légers, généralement de l'hydrogène, ils fusionnent pour en former un plus lourd, libérant une quantité colossale d’énergie.
Exemple de fission :
Lorsqu'un neutron frappe un atome de uranium-235, l'atome se divise en deux noyaux plus légers, baryum-144 et krypton-89, libérant trois nouveaux neutrons et une grande quantité d'énergie. Il s'agit d'un processus hautement contrôlé dans les centrales nucléaires.
Exemple de fusion :
Dans le Soleil, les noyaux d’hydrogène fusionnent constamment pour former des noyaux d’hélium, libérant d’énormes quantités d’énergie sous forme de lumière et de chaleur. Cependant, les conditions nécessaires à une réaction de fusion sur Terre sont extrêmement difficiles à réaliser en raison de la nécessité de températures de plusieurs millions de degrés et de pressions élevées. Malgré des décennies de recherche, la fusion nucléaire contrôlée n’a pas encore été réalisée de manière commercialement viable.
Masse critique
La masse critique Il s’agit de la quantité minimale de matière fissile nécessaire pour rendre possible une réaction en chaîne soutenue. Si la masse utilisée est inférieure à la masse critique, les neutrons libérés à chaque fission seront perdus avant de provoquer de nouvelles fissions et la réaction s'arrêtera.
La masse critique dépend de divers facteurs tels que pureté du matériau, sa géométrie et s'il est entouré de matériaux réfléchissant les neutrons, qui réduisent les pertes.
Un exemple en est que les réacteurs nucléaires sont généralement conçus sous une forme sphérique ou cylindrique pour maintenir le nombre de neutrons dans le système le plus longtemps possible et garantir la poursuite durable de la fission.
Fission nucléaire spontanée
fission nucléaire spontanée Il s'agit d'un phénomène moins courant mais important dans lequel un noyau se divise sans l'intervention d'un neutron incident. Cela se produit dans des isotopes très instables tels que le plutonium 239.
Bien que la probabilité qu'il se produise spontanément soit faible, ce phénomène a des implications sur la gestion des matières nucléaires et sur la sûreté des réacteurs.
Ce type de fission peut conduire à l'émission de rayonnements et représente un danger potentiel s'il n'est pas géré correctement, car il pourrait déclencher des réactions indésirables si les conditions correctes sont atteintes.
Voilà pourquoi sécurité dans les centrales nucléaires est essentiel pour éviter des incidents et des catastrophes tels que ceux survenus à Tchernobyl ou à Fukushima.
La fission nucléaire reste l’une des principales technologies de production d’énergie dans le monde, notamment en raison de sa capacité à produire de grandes quantités d’électricité avec une empreinte carbone limitée.