Plan du site

Réaction chimique classique et réaction nucléaire ?

Une réaction bien connue des premières notions de chimie :

C + O2 → CO2 (+ 393 kJ)

Réaction équilibrée dans laquelle les noyaux de carbone et d’oxygène se retrouvent intacts dans la molécule de CO2 (le compte y était). Seuls certains électrons périphériques ont modifié leur trajectoire pour lier entre eux un atome de carbone et deux atomes d’oxygène et former ainsi une molécule de gaz carbonique.

Jusqu’à la fin du XIXme siècle, les noyaux des atomes étaient considérés comme insécables jusqu’à la découverte de la radioactivité par Becquerel et les travaux de Rutherford qui effectua de véritables transmutations artificielles :

En bombardant de l’azote avec des noyaux d’hélium, il obtint de l’hydrogène et de l’oxygène, suivant une réaction qui devait se présenter sous une forme inhabituelle. Un intrus, le proton, car le mécanisme intime d’une telle réaction diffère profondément de celui écrit précédemment.

Ses travaux lui valurent le prix Nobel de physique, récompense partagée avec Pierre et Marie Curie.

Marie Curie est décédée, alors âgée de 66 ans en 1934, souffrant manifestement d’une trop grande exposition aux éléments radioactifs qu’elle étudiait depuis 1898. Évoquant sa vie vouée à ses recherches sur la radioactivité, elle écrivait notamment lors du 25me anniversaire sur le radium :

Je me souviens du ravissement que nous éprouvions lorsqu’il nous arrivait d’entrer la nuit dans notre domaine et que nous apercevions de tous les côtés les silhouettes faiblement lumineuses de notre travail.

Dans ce nouveau concept, les électrons ne jouent pratiquement aucun rôle tandis que les noyaux sont modifiés. Enfin, du point de vue énergétique, une grande différence entre ces deux types de réactions :

  • les premières ne libèrent qu’une énergie de l’ordre de l'électronvolt (eV) par nucléon mis en jeu,
  • par contre, les réactions nucléaires peuvent libérer une énergie de l’ordre du mégaélectronvolt (MeV).

L’énergie nucléaire est en fait cette énergie que libèrent les réactions modifiant la structure des noyaux. La physique nucléaire explique comment la structure de ces noyaux peut être appelée à subir cette évolution ou plutôt cette transformation, cette transmutation.

I. Atome et radioactivité. Premiers éléments et principes de base
Principe de la radioactivité. Vue synthétique des quatre types de rayonnement. Stabilité et vallée de stabilité : la formule de Bethe-Weizsäker et son exploitation. Synthèse des forces agissantes.
II. Loi de décroissance radioactive. Désintégration
Loi de décroissance radioactive. Constante radioactive et constante de temps. Période de demi-vie.
III. Activité d'un échantillon radioactif
Expressions de l’activité radioactive. Datation au carbone 14. Âges des roches anciennes et du système solaire.
IV. Énergie nucléaire. Énergie de liaison
Masse et énergie. Défaut de masse et énergie de liaison. Discussion.
V. Réactions nucléaires. Filiations et réactions en chaîne
Principe de la filiation pour une transition simple. Les équilibres radioactifs séculaire et transitoire, le non-équilibre. Ordres de grandeur des périodes radioactives. La famille radioactive de l’uranium 238.
VI. Fission et fusion nucléaires. Réservoirs d'énergie
Fission et neutron. Le neutron, agent de fission. Réactions de fission : type, bilan neutronique, masse critique. Fusion : principe, le critère de Lawson.
VII. Désintégrations de base et étude des réactions
Introduction. Étude des quatre désintégrations : \(\alpha\), \(\beta\)+, \(\beta\)- et \(\gamma\).
↑ Haut