📌 La fusion des noyaux légers nécessite un apport d’énergie et produit des noyaux plus lourds se rapprochant du plateau de stabilité, tandis que la fission des noyaux lourds libère de l’énergie de liaison et produit des noyaux plus petits plus proches de ce plateau.
Fusion des noyaux légers et fission des noyaux lourds convergent vers le plateau de stabilité
★ À maîtriser
Dans une fission contrôlée, un noyau lourd tel que l’uranium 235 est bombardé par des neutrons et se scinde en deux noyaux plus petits, ici le krypton 92 et le baryum 141, en libérant trois neutrons.
L’énergie libérée par la fission provient du défaut de masse et est émise sous forme de photons, correspondant à de la chaleur, et d’énergie cinétique communiquée aux neutrons.
Compléments
Neutron absorbé → noyau scindé → neutrons et énergie libérés
★ À maîtriser
Un réacteur nucléaire transforme l’énergie de fission en électricité grâce à une réaction en chaîne qui chauffe un fluide caloporteur, produit de la vapeur, entraîne une turbine et actionne un alternateur.
Les barres de combustible contiennent l’uranium, les barres modératrices ralentissent les neutrons et les barres piégeuses absorbent des neutrons mobiles afin de réguler la puissance du réacteur.
Compléments
📌 L’enceinte de confinement, renforcée par de l’acier et du béton, isole le réacteur de l’environnement et le protège contre les agressions externes, tandis que seule de la vapeur d’eau est libérée par la tour de refroidissement.
Fission → chaleur → vapeur → turbine → électricité
★ À maîtriser
La fission de l’uranium 235 en réacteur produit un mélange d’isotopes variés dont les radionucléides médicaux recherchés doivent être séparés et purifiés chimiquement ou physiquement.
Les principaux radionucléides cités sont:
La production mondiale de radionucléides médicaux repose notamment sur NRU au Canada avec 45 %, HFR aux Pays-Bas avec 31 % et Osiris à Saclay avec 7 %.
Compléments
★ À maîtriser
Dans la bombe Little Boy, l’explosion de l’amorce assemble une cible et un projectile d’uranium 235 en configuration supercritique, ce qui déclenche une réaction de fission en chaîne jusqu’à consommation de l’uranium.
La bombe Little Boy contenait 64 kg d’uranium 235 et avait une puissance équivalente à 13 kilotonnes de TNT.
Compléments
Assemblage supercritique → réaction en chaîne → explosion et contamination
★ À maîtriser
Dans les étoiles, la fusion du deutérium et du tritium nécessite une température d’environ 15 × 10^6 °C afin de disperser les électrons et de vaincre la répulsion électromagnétique entre les protons.
La réaction de fusion produit:
Compléments
Très haute température → répulsion vaincue → fusion → hélium, rayonnement et chaleur
ITER est un réacteur expérimental multinational en construction à Cadarache, dans le sud de la France, dont la mise en service est prévue autour de 2035.
Dans ITER, des noyaux de deutérium et de tritium sont accélérés à plus de 1000 km par seconde, puis le plasma est porté à 150 × 10^6 °C et maintenu en suspension dans une enceinte torique par confinement magnétique de type tokamak.
Le deutérium et le tritium sont présentés comme des combustibles disponibles en abondance dans l’eau de mer, et un gramme de leur mélange pourrait fournir la même énergie que 9 tonnes de pétrole.
Deutérium-tritium → plasma à 150 millions de degrés → confinement magnétique
★ À maîtriser
📌 La fusion contrôlée présente un meilleur contrôle de la réaction, avec un arrêt automatique en cas de problème, tandis que la fission a tendance à s’emballer.
Compléments
La fusion étudiée est présentée comme produisant des particules alpha à demi-vie plus courte et comme pouvant réduire les déchets nucléaires associés à l’uranium.
L’énergie libérée par la fusion décrite dans les étoiles est dix fois moins importante que celle libérée par la fission de l’uranium.
La fission tend à s’emballer, tandis que la fusion peut s’arrêter automatiquement
| Critère | Fission | Fusion |
|---|---|---|
| Noyaux concernés | Noyaux lourds, comme l’uranium 235 | Noyaux de deutérium et de tritium |
| Bilan énergétique | Libération d’énergie de liaison | Apport initial d’énergie et libération d’énergie |
| Produits principaux | Deux noyaux plus petits et des neutrons | Noyau d’hélium, neutron en excès et rayonnement |
| Contrôle | La réaction peut s’emballer | Arrêt automatique possible en cas de problème |
| Radionucléide | Production ou rôle | Usage |
|---|---|---|
| Iode 131 | Produit en réacteur | Radiothérapie métabolique des cancers de la thyroïde |
| Xénon 133 | Produit en réacteur | Scintigraphie pulmonaire |
| Molybdène 99 | Père du technétium 99m | Scintigraphie |
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