A Les réactions de fusion et de fission

Lors d'une réaction de fusion, deux noyaux ayant un petit nombre de masse fusionnent pour produire un noyau ayant un plus grand nombre de masse.

Exemples : ${}_1{}^2\text{H}$ + ${}_1{}^2\text{H}$ → ${}_1{}^3\text{H}$ + ${}_1{}^1\text{H}$

${}_1{}^2\text{H}$ + ${}_1{}^3\text{H}$ → ${}_2{}^4\text{H}\text{e}$ + ${}_0{}^1\text{n}$

Lors d'une réaction de fission, on bombarde un noyau ayant un grand nombre de masse avec un neutron pour le casser en produisant alors deux noyaux de nombres de masse plus petits et deux à trois neutrons (qui pourront alors casser d'autres gros noyaux et engendrer une réaction en chaîne).

Exemple : ${}_{92}{}^{235}\text{U}$ + ${}_0{}^1\text{n}$ → ${}_{40}{}^{91}\text{Z}\text{r}$ + ${}_{58}{}^{142}\text{C}\text{e}$ + 3 ${}_0{}^1\text{n}$ + 6 ${}_{-1}{}^0\text{e}$

B Le défaut de masse et l'énergie libérée au cours d'une réaction nucléaire

Au cours d'une réaction nucléaire spontanée, il y a diminution de la masse globale du système. Pour calculer la masse Δm ayant disparu au cours d'une réaction nucléaire, il faut calculer la différence entre la somme des masses des produits et la somme des masses des réactifs. Cette variation Δm est négative puisque la masse du système diminue.

Δm = Σ m_produits – Σ m_réactifs.

EXEMPLE

Le radium 226 se décompose spontanément en radon 222 par radioactivité α selon la réaction : ²²⁶Ra → ²²²Rn + ⁴He.

On a m(²²⁶Ra) = 3,7524385 × 10^–25 kg, m(²²²Rn) = 3,6859056 × 10^–25 kg et m(⁴He) = 0,0664467 × 10^–25 kg.

La masse des noyaux avant désintégration est Σ m_réactifs = 3,7524385 × 10^–25 kg.

La masse des noyaux après désintégration est Σ m_produits = 3,6859056 × 10^–25 + 0,0664467 × 10^–25= 3,7523523 × 10^–25 kg.

Au cours de cette désintégration alpha, il n'y a pas conservation de la masse. La variation de masse vaut Σ m_produits – Σ m_réactifs = –8,62 × 10^–30 kg.

L'énergie libérée ΔE est calculée en utilisant la relation d'Einstein :

EXEMPLE

L'énergie libérée pour chaque noyau de radium 226 qui se désintègre est :

ΔE = |Δm| × c² = |8,62 × 10^–30| × (3,00 × 10⁸)² = 7,76 × 10^–13 J.

Cette énergie peut aussi s'exprimer en électronvolt, avec 1 eV = 1,60 × 10^–19 J. Dans ce cas, l'énergie vaut donc : E = 7,76 × 10^–13/1,60 × 10^–19 = 4,85 MeV.