Science 4e secondaire (ST / STE) - 2023-2024

Tu as vu dans les stations précédentes que le noyau d'un atome n'est pas nécessairement stable. La fission nucléaire a lieu lorsqu'un noyau instable se brise. On dira alors qu'il se désintègre en émettant des rayonnements radioactifs. C'est le cas de l'uranium 238 utilisé dans les centrales nucléaires qui se désintègre en émettant un noyau d'hélium, appelé particule alpha. L'élément résiduel est donc du thorium 234. L'équation de cette réaction est la suivante : 

92238​U→90234​Th+24​He

En se brisant, les noyaux instables émettent des rayonnements radioactifs. Les rayonnements que Rutherford avait projetés sur sa feuille d'or (voir module 1) étaient des rayonnements alpha, composés de noyaux d'hélium. Ils sont extrêmement ionisants, mais peu pénétrants (ce qui ne signifie pas qu'ils ne sont pas dangereux). L'uranium 238 subit une désintégration alpha puisqu'il émet un rayonnement alpha (noyau d'hélium). Une désintégration bêta émet quant à elle un rayonnement bêta, composé d'électrons. Ils sont moins ionisants que le rayonnement alpha, mais plus pénétrant que celui-ci. Le thorium 234 issu de la désintégration de l'uranium 238 est lui-même radioactif et se désintègrera à son tour en subissant une désintégration bêta dont l'équation est la suivante :

90234​Th→91234​Pa+0e−

Finalement, une désintégration libère de l'énergie. Celle-ci est libérée sous forme de chaleur, mais aussi sous forme d'une énergie rayonnante tout à fait particulière, soit le rayonnement gamma. Ce dernier est une onde semblable à la lumière, mais qui possède une si grande quantité d'énergie qu'il peut ioniser la matière et la traverser aisément. En effet, il faut une bonne épaisseur de béton pour espérer l'arrêter. 

Lorsqu'un noyau lourd comme l'uranium ou le thorium se brise pour former de plus petits noyaux, on appelle ce phénomène la fission nucléaire. Les désintégrations vues précédemment sont donc des exemples de fission nucléaire. Celle-ci peut être naturelle, c'est-à-dire qu'elle se fait spontanément ou artificielle, c'est-à-dire provoquée en bombardant le noyau avec des neutrons. 

Si un simple bombardement de neutron peut suffire à briser un noyau, qu'arrive-t-il si le noyau libère lui-même des neutrons lors de sa désintégration ? C'est ce qu'on appelle une réaction en chaîne. L'uranium 235, lorsqu'il est bombardé par des neutrons, se brise en deux atomes, soient le krypton 92 et le baryum 141, mais ce faisant, il libère aussi 3 neutrons. 

92235​U→3692​Kr+56141​Ba+301​n

Ces trois neutrons frappent trois atomes qui se brisent à leur tour libérant 3 neutrons chacun pour un total de 9 neutrons. D'un seul neutron, on est passé à 3, puis à 9 puis à 27, puis à 81, puis à 243 ! Tu vois que cette réaction peut rapidement devenir hors de contrôle. 

12​H+13​H→24​He+1n

Si la nature peut briser des noyaux d'atomes, elle peut aussi les unir pour former des éléments plus lourds. Comme les protons se repoussent, cette réaction doit se faire dans des conditions extrêmes de température et de pression ce qui fait que le procédé relève presque de la fiction pour être contrôlé par l'humain à grande échelle. En effet, on utilise souvent la fusion nucléaire dans les œuvres de fiction cinématographique et littéraire. Il y a de quoi ! Nous aurions une source d'énergie extraordinaire sans pollution chimique, sans danger d'explosion et surtout, qui utilise un combustible présent partout ! Même si présentement, les technologies découvertes par l'homme ne nous permettent pas de contenir de façon efficace et prolongée une fusion nucléaire, nous profitons tous les jours de l'énergie provenant de ce type de réaction. En effet, la chaleur et la lumière émise par les étoiles nous viennent de la succession de fusions nucléaires qui se produisent au cœur de celles-ci. C'est aussi le cas de notre étoile, le Soleil.