Énergie nucléaire

Énergie nucléaire

Noyau atomique

Notation : $^A_Z X$ ; $Z$ = numéro atomique (protons), $A$ = nombre de masse (nucléons), $N = A - Z$ (neutrons). Isotopes : même $Z$, $A$ différents.

Défaut de masse et énergie de liaison

$\Delta m = Z m_p + N m_n - m_{noyau}$. Énergie de liaison : $E_l = \Delta m \cdot c^2$ (Einstein). $E_l/A$ ≈ 8 MeV/nucléon, maximum vers le fer (⁵⁶Fe).

Radioactivité

Décroissance spontanée : $N(t) = N_0 e^{-\lambda t}$. Demi-vie : $t_{1/2} = \ln 2 / \lambda$.

• α : émission ⁴He, atténué par une feuille de papier.
• β⁻ : neutron → proton + e⁻ + antineutrino. Arrêté par alu.
• β⁺ : proton → neutron + e⁺ + neutrino (TEP).
• γ : photon de très haute énergie, nécessite plomb/béton.

Fission

Noyau lourd (²³⁵U, ²³⁹Pu) frappé par un neutron → 2 noyaux + 2-3 neutrons + ~200 MeV. Réaction en chaîne contrôlée dans les réacteurs (barres de contrôle au bore/cadmium), non contrôlée dans une bombe A.

Fusion

Noyaux légers fusionnent : $^2\text{H} + ^3\text{H} \rightarrow ^4\text{He} + n + 17{,}6$ MeV. Source de l'énergie des étoiles. Projets ITER (tokamak, plasma à 150 millions °C).

Applications

• Centrales nucléaires : 70 % de l'électricité française.
• Médecine : radiothérapie (cobalt-60), TEP (¹⁸F), scintigraphie (⁹⁹ᵐTc), curiethérapie.
• Datation : carbone 14 ($t_{1/2} = 5730$ ans), uranium-plomb.
• Industrie : gammagraphie, jauges, traceurs.

Sûreté et déchets

Confinement (3 barrières), gestion des déchets HAVL (vitrification, stockage géologique CIGEO), risques (Tchernobyl 1986, Fukushima 2011).