1. LA FISSION
Processus
par lequel un noyau d�atome se brise en deux parties approximativement �gales
avec d�gagement d�une grande quantit� d��nergie.
La
fission a �t� observ�e pour beaucoup de noyaux de nombre de masse A sup�rieur
� 200 (ex. uranium 233, plutonium 239) et elle peut �tre engendr�e par des
neutrons, des photons, des �lectrons, des protons, des deutons et des
particules alpha.
Le
premier ph�nom�ne de fission d�couvert fut celui de l�uranium bombard� par
des neutrons. Avec des neutrons thermiques, l�effet est d� � l�uranium
235, pr�sent seulement dans l�uranium naturel, � raison de 1 atome pour 139
atomes d�uranium 238.
En
m�me temps que les gros fragments, des neutrons sont lib�r�s durant la
fission. Gr�ce � ces neutrons libres, la r�action de fission peut devenir,
dans certaines conditions favorables, autoentretenue et conduire ainsi � une
production continue d��nergie. C�est la base du fonctionnement des r�acteurs.
La
fission de l�uranium 235 par des neutrons thermiques produit une �nergie
d�environ 200 MeV.
Environ 85% de cette �nergie appara�t sous forme d��nergie cin�tique (�nergie due � la vitesse d�un corps en mouvement) des produits de fission et se traduit finalement par un d�gagement de chaleur. Cette �nergie pourtant �norme ne repr�sente cependant que 0.1% de l��nergie de masse contenue dans un noyau lourd. Autrement dit, le d�gagement d��nergie provient d�une perte de masse de 1 pour 1000, et ce d'apr�s la relation d�Einstein :
E = m c 2
Si l�on pouvait fissionner tous les atomes de 1 kilogramme d�uranium 235, on obtiendrait une �nergie �gale � celle fournie par 3 millions de kilogrammes de charbon. Toutefois, nous avons vu que l�uranium naturel ne contient qu�une faible proportion d�uranium 235.
Afin
de se rapprocher de la combustion th�orique compl�te de tous les atomes
contenus dans l�uranium, on utilise des piles r�g�n�ratrices ou couveuses
dans lesquelles la mati�re fertile produit plus de combustible qu�il n�en est
br�l�.
Pour
que la r�action en cha�ne prenne un caract�re explosif, il est n�cessaire
qu�il y ait un certain quantit� d�uranium 235, c�est la masse critique.
Pour
r�aliser une bombe A, on calcule des masses sous-critiques, r�unies en une
seule masse critique pour d�clencher l�explosion.
2. LA FUSION
Par
la fusion des noyaux des �l�ments les plus l�gers, on provoque la formation
de noyaux d�atomes lourds avec production d��nergie.
Pour que la r�action de fusion se produise, il faut que les noyaux en pr�sence s�approchent � une distance comparable au rayon nucl�aire. Il faut surmonter alors la r�pulsion �lectrostatique mutuelle des noyaux et leur communiquer des vitesses �lev�es. On r�alise ces �nergies cin�tiques consid�rables en portant les noyaux � la temp�rature interne du soleil. (L��nergie solaire est d�ailleurs le r�sultat d�une r�action de fusion.)
Dans la bombe
thermonucl�aire, la temp�rature n�cessit�e par la r�action (de l�ordre de
5 millions de degr�s) est fournie par l�explosion pr�alable d�une bombe A.
Dans
le domaine industriel, il faudrait que l��nergie lib�r�e par la fusion soit
sup�rieure � l��nergie employ�e pour l��chauffement du gaz. On cherche
donc les moyens de produire des temp�ratures jamais atteintes jusqu�alors
dans l�industrie.
On peut utiliser le deut�rium (D ou 21H), �l�ment
naturel isotope de l�hydrog�ne et dont le noyau (deuton) est un projectile
utilis� dans les acc�l�rateurs. Le deut�rium est � la base de l�eau
lourde.
L��nergie
lib�r�e par la fusion, de tous les atomes contenus dans 1 gramme de gaz deut�rium,
�quivaut � l��nergie lib�r�e par la combustion d�environ 2 800 000
kilogrammes de charbon.
On
peut �galement employer le
tritium (T ou31H)
radio-isotope de l�hydrog�ne,
dont le noyau est le triton. Les r�actions de fusion aboutissent � l�h�lium
He.
Le
deut�rium �tant un �l�ment constitutif de l�eau ordinaire (1/5000),
l�eau de l�ensemble des mers repr�senterait au point de vue �nerg�tique,
la possibilit� de vivre 10 milliards d�ann�es avec la consommation actuelle
d��nergie.
