Au programme de ce chapitre
- I. La fission
- II. La fusion
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition La fission est la cassure d'un noyau lourd (uranium 235, plutonium 239), frappé par un neutron lent, en deux noyaux plus légers. Elle libère de l'énergie (environ 200 MeV par noyau) et 2 ou 3 neutrons.
Un exemple corrigé
Exemple Une fission possible de l'uranium 235 : 10n + 23592U → 14156Ba + 9236Kr + 3 10n. Vérification : A : 1 + 235 = 141 + 92 + 3 = 236 ; Z : 92 = 56 + 36.
Extrait du cours
Dans les réacteurs de Doel et de Tihange, des noyaux d'uranium se cassent ; au cœur du Soleil, des noyaux d'hydrogène s'unissent. Ce sont deux façons opposées de libérer l'énergie nucléaire.
| Fission | Fusion | |
|---|---|---|
| Noyaux | lourds (uranium, plutonium) | légers (isotopes de l'hydrogène) |
| Où ? | centrales nucléaires actuelles | étoiles, dont le Soleil ; réacteurs expérimentaux (projet international ITER) |
| Énergie par kg de combustible | très grande | environ 4 fois plus grande |
| Déchets | produits de fission très radioactifs, certains à longue vie | peu de déchets à longue vie |
| Maîtrise | industrielle depuis les années 1950 | pas encore de production d'électricité |
Lexique
- fission
- cassure d'un noyau lourd en deux noyaux plus légers
- fusion
- union de deux noyaux légers en un noyau plus lourd
- réaction en chaîne
- suite de fissions provoquées par les neutrons des fissions précédentes
- modérateur
- substance qui ralentit les neutrons (l'eau dans les réacteurs belges)
- barres de contrôle
- barres qui absorbent des neutrons pour régler la réaction en chaîne
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — oublier les neutrons dans les équations. Le neutron 10n a A = 1 et Z = 0. Si tu ne le comptes pas, tes sommes de A seront fausses de 1 par neutron, et ton nombre de neutrons libérés aussi.
Piège — appliquer la fission à n'importe quel noyau. La fission d'un noyau plus léger que le fer ne libère pas d'énergie : elle en coûterait. Seuls les noyaux très lourds gagnent en stabilité en se cassant ; les noyaux légers gagnent en fusionnant.
Attention Les deux réactions libèrent de l'énergie, mais dans des sens opposés : la fission casse un noyau lourd, la fusion unit des noyaux légers. Les deux rapprochent les noyaux de la zone la plus stable (le fer).
L'astuce du prof
Astuce. Dans une équation nucléaire, fais deux colonnes : celle des A et celle des Z. Additionne chaque colonne à gauche, puis à droite, et compare. Ce contrôle prend dix secondes et évite la plupart des erreurs.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Une autre fission de l'uranium 235
Un noyau d'uranium 235 (Z = 92) capture un neutron et se casse en baryum 144 (Z = 56), en krypton 89 (Z = 36) et en x neutrons. Détermine x et vérifie la conservation de la charge.
Voir la correction
Nombre de masse à gauche : 1 + 235 = 236. À droite : 144 + 89 + x = 233 + x, donc x = 3 neutrons. Charge : 92 = 56 + 36 + 0, vérifié. L'équation s'écrit : 10n + 23592U → 14456Ba + 8936Kr + 3 10n.
Exercice 2 — Une fusion deutérium-deutérium
Deux noyaux de deutérium 21H fusionnent en un noyau d'hélium 3 (32He) et une seconde particule. Identifie cette particule.
Voir la correction
Avant : A = 2 + 2 = 4 et Z = 1 + 1 = 2. L'hélium 3 apporte A = 3 et Z = 2. Il manque donc A = 1 et Z = 0 : la particule est un neutron. Équation : 21H + 21H → 32He + 10n.