« Le noyau atomique/Les réactions nucléaires » : différence entre les versions

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[[File:Energie de liaison par nucléon.svg|centre|vignette|upright=2.0|Lien entre fusion/fission et énergie de liaison par nucléon.]]
 
A noter que la quasi-totalité des réactions nucléaires peuvent avoir lieu spontanément, sans intervention extérieure. On les appellesappelle alors des '''réactions nucléaires spontanées'''. Comme pour la radioactivité, les réactions spontanées ne sont pas prévisibles et ont lieu plus ou moins aléatoirement. Tout au plus, on peut supposer que des processus interne au noyau causent sa scission ou l'émission de nucléons. Mais il est aussi possible d'induire des réactions nucléaires, en bombardant un noyau avec des nucléons. Le nucléon impacteur peut interagir avec le noyau et causer sa perte, mais il peut aussi simplement rebondir dessus. Les réactions de rebond sont appelées des réactions de diffusion nucléaire. Dans les autres cas, le nucléon impacteur peut faire fissionner le noyau ou fusionner avec lui : il peut être absorbé par le noyau, par exemple. Ces réactions de fission ou fusion suite à impact sont de véritables réactions nucléaires dignes de ce nom et sont appelées des '''réactions nucléaires induites''', sous entendu : induites par l'impact/absorption du nucléon.
 
==La fission nucléaire==
[[File:核裂变.gif|vignette|Représentation artistique du processus de fission nucléaire.]]
 
Il arrive que le noyau se scinde en plusieurs noyaux distincts : on parle alors de '''fission nucléaire'''. Ce processus n'arrive que pour des noyaux instables très lourds, qui profitent de la fission pour réduire leur énergie de liaison (et donc leur nombre de nucléons). Rappelons que l'énergie de liaison varie avec le nombre de nucléons, avec un minimum localisé au niveau du Fer-56. Pour les noyaux plus lourds que le Fer-56, l'énergie de liaison augmente avec le nombre de masse A. LeLes noyaux sont de plus en plus instables quand le nombre de nucléons augmente. Dans ces conditions, au lieu d'avoir un noyau avec beaucoup de nucléons, mieux vaut avoir deux noyaux avec moins de nucléons chacun. C'est ce qui est responsable du processus de fission nucléaire. A noter que la radioactivité alpha a la même raison : éliminer uneun excès de nucléons par rapport au Fer-56. La différence est que la fission se produit essentiellement pour des noyaux beaucoup plus lourds, qui ont beaucoup d'énergie à perdre. De simples désintégrations alpha ne permettraient pas de se rapprocher suffisamment rapidement du Fer-56, alors que la fission le peut.
 
===De l’ambiguïté de la notion de fission===
Selon la nature du projectile et le processus causant la fission, on distingue :
 
* La fission par '''photofission'''. Le projectile est un photon gamma de haute énergie qui est absorbé par le noyau. L'absorption fait passer le noyau impacté dans un état excité, où il est en surplus d'énergie. Le noyau peut éliminer ce surplus (se désexciter) en émettant un photon gamma, ou en fissionnant. DanDans le dernier cas, on fait face à une fission induite par photofission.
* La fission par '''spallation'''. Ici, le projectile est une particule matérielle qui impacte le noyau tellement fort qu'il se brise en plusieurs éléments. Ce n'est donc pas tellement une fission mais plus un cassage de noyau avec des projectiles très énergétiques.
* La fission par capture d'un nucléon. Ici, le projectile est un neutron de faible énergie, qui est absorbé par le noyau. La différence avec la spallation est que l'impact n'est pas assez puissant pour casser le noyau. L'absorption du nucléon fait passer le noyau en état excité, ce qui le force à fissionner pour se désexciter. Un exemple classique, vu au chapitre précédent, est celui de la fission induite de l'Uranium-235. Quand un noyau d'U-235 absorbe un neutron, il devient un noyau d'U-236 instable qui fissionne en un noyau de Barium-141, un noyau de Krypton-92 et quelques neutrons. La fission en question est illustrée ci-contre.
* Les '''réactions alpha''' et les '''processus p et r''', qui fabriquent des noyaux lourdds (Carbone, Oxygène, Azote, ...).
 
Chacun a lieu dans unune plage de température particulière : chaque processus ne se déclenche que si une température minimale est atteinte, sans quoi les noyaux ne peuvent fusionner. Ci-dessous, le schéma donne la température à laquelle a lieu chaque processus, ainsi que la vitesse à laquelle il génère de nouveaux noyaux.
 
[[File:Nuclear energy generation.svg|centre|vignette|upright=2.0|Réactions nucléaires stellaires en fonction de la température.]]
: <math>^2_1\hbox{H} + ^1_1\hbox{H} \rightarrow ^3_2\hbox{He} + \gamma</math>
 
* Et enfin, deux noyaux d'Hélium-3 fusionnent pour donner un noyauxnoyau d'Hélium-4 et deux protons libres.
 
: <math>^3_2\hbox{He} + ^3_2\hbox{He} \rightarrow ^4_2\hbox{He} + ^1_1\hbox{H} + ^1_1\hbox{H}</math>
: <math>^8_4 \operatorname{B_e} + ^4_2 \operatorname{H_e} \rightarrow ^{12}_6 \operatorname{C} + \gamma</math>
 
La réaction libère environ 7.275 MeV d'énergie. Elle n'a lieu que si la température est suffisamment intense, typiquement vers une centaine de millions de degrés (<<math>10^8</math> °c. Cela n'arrive qu'une fois que l'étoile a consommé la quasi-totalité de son Hydrogène en Hélium. La température chutant temporairement, suite auxau tarissement des réactions proton-proton, l'étoile se contracte alors. La hausse de pression qui en découle fait grimper la température du noyau stellaire, jusuq'à ce que les réactions de chaine triple-alpha puissent démarrer. L'étoile transforme alors son Hélium en Carbone.
 
====R-process====
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