ENERGIE NUCLEAIRE
Problématique : Comprendre l’origine de l’énergie nucléaire, pouvoir
calculer la quantité d’énergie libérée
par une réaction nucléaire et comprendre comment elle peut-être utilisée. Voir
p.110 et 111.
I Energie libérée par la réaction nucléaire
1°
Détermination
Au cours de toute réaction nucléaire il y a
libération d’énergie E et perte de
masse.
Ex :
.
L’énergie est libérée sous forme d’énergie
cinétique Ec des noyaux
formés ( vitesse d’éjection du noyau d’hélium et de recul du noyau Rn formé
) et d’énergie électromagnétique du
photon g noté Eg. Voir p.112.
E = Ec
+ Eg et 
mRn + mHe < mRa
La relation
d’Einstein affirme que toute particule de masse m possède une énergie E0
= m.c2.
E0
énergie de l’atome joule ( J ), m masse de l’atome ( kg ) et c vitesse de la
lumière ( m.s-1).
Dans la réaction nucléaire la perte de masse 
libère
l’énergie :
2° Unités
a- L’électronvolt.
Analyse dimensionnelle : [ eV ] = [ Q ]x[ U] et [ Q ] = [ I ]x[ t ] donc [ eV ] = [ U ]x[ t ]x[ I ] = [ W ]
L’électronvolt noté eV est donc une unité d’énergie 1 eV = 1,602.10-19 x 1 = 1,602.10-19 J et
1 MeV = 106 eV = 1,6. 10-13 J.
b- L’unité de masse atomique
Une masse de 1u = 1,66055.10-27 kg. L’énergie libérée par la perte de masse Dm = 1u est : E = Dmc2.
Soit E = 1,66055.10-27x (2,9979.108)2 = 1,49.10-10 J
Soit 1,49.10-10 / 1,6.10-19 = 931,5.106 eV = 931,5 MeV.
1u correspond donc à l’énergie E = 931,5 Mev Voir p. 113.
III Energie
de liaison du noyau
1° Définition
Dans un noyau
: 
, soit Z mp + (A-Z) mn > mX.
Voir p.114.
Au défaut de masse 
= ( Z mp + (A-Z) mn ) - mX
correspond l’énergie de liaison :
el =
.c2 = [( Z mp + (A-Z) mn ) -
mX].c2
C’est l’énergie
qu’il faut fournir pour dissocier le noyau en nucléons isolés et immobiles (
c’est aussi l’énergie libérée par la formation du noyau à partir de ses
nucléons ).
2° Stabilité du noyau
L’énergie
de liaison par nucléon du noyau est el/A. La courbe d’Aston permet de
repérer les noyaux les plus stables. Voir p.115.
Les noyaux les moins stables ( A< 20 et A> 195
) tendent à se transformer en d’autres plus stables, soit par fusion pour A
< 20 ou par fission pour A> 195. Ces transformations libèrent de
l’énergie. Voir p.116 et 117.
Mais elles doivent être provoquées car elles ne sont
pas spontanées contrairement à la radioactivité.
III Fission et fusion nucléaire
1° La
fission
C’est l’éclatement en 2 noyaux plus légers d’un
noyau lourd sous l’impact d’un neutron. Voir p.116.
La perte de masse libère de l’énergie : 
Dans la fission non contrôlée, l’énergie est libérée
instantanément. Elle provoque un effet de souffle : c’est la bombe A. Dans
la fission contrôlée l’énergie est libérée lentement. La chaleur est récupérée
dans le réacteur nucléaire pour chauffer de la vapeur d’eau qui permet de faire
tourner les turbines des centrales électriques.
2° La
fusion
C’est la formation d’un noyau plus lourd à partir de
deux très légers sous l’effet d’un choc très violent à très haute température (
T > 108 K ).