Réactions nucléaires
Radioactivité
La radioactivité a été découverte par Becquerel en 1896. Il découvrit que le sulfate d'uranyle et de potassium ${{\text{K}}_{\text{2}}}\text{U}{{\text{O}}_{\text{2}}}{{\left( \text{S}{{\text{O}}_{\text{4}}} \right)}_{\text{2}}}$ émettait un rayonnement capable d'impressionner une plaque photographique emballée dans un papier. Il put démontrer que ces émissions provenaient de l'échantillon d'uranium. Il existe plusieurs types de radioactivité :
radioactivité $\text{ }\!\!\alpha\!\!\text{ }$ : émission d'un noyau d'hélium $\text{H}{{\text{e}}^{\text{2+}}}$ (particules $\text{ }\!\!\alpha\!\!\text{ }$)
$_{Z}^{A}X\to _{Z-2}^{A-4}Y+\alpha $ Exemple : $_{92}^{238}U\to _{90}^{234}Th+\alpha $
radioactivité $\text{ }\!\!\beta\!\!\text{ }$ : émission d'un électron ($n\to p\text{ }+\text{ }{{e}^{-}}$ ) et de rayons $\text{ }\!\!\beta\!\!\text{ }$
$_{Z}^{A}X\to _{Z+1}^{A}Y+{{e}^{-}}+\gamma $ Exemple : $_{6}^{14}C\to _{7}^{14}N+{{e}^{-}}+\gamma $ ( utilisé pour la datation au carbone 14)
radioactivité par capture d'électron ou capture K : l'électron de la couche la plus interne K est capturé par le noyau et s'associe avec un proton pour donner un neutron ($p\text{ }+\text{ }{{e}^{-}}\to n$ ) :
$_{Z}^{A}X+{{e}^{-}}\to _{Z-1}^{A}Y$ Exemple : $_{80}^{201}Hg+{{e}^{-}}\to _{79}^{201}Au$
Les émissions de rayons $\text{ }\!\!\gamma\!\!\text{ }$ et de particules $\text{ }\!\!\beta\!\!\text{ }$ par des substances radioactives peuvent être détectées par des compteurs Geiger ($\text{Becquerel }\left( \text{Bq} \right)\text{=1 d }\!\!\acute{\mathrm{e}}\!\!\text{ sint }\!\!\acute{\mathrm{e}}\!\!\text{ gration/s=27 1}{{\text{0}}^{\text{-12}}}\text{Curies}$ ) : les radiations ionisent le gaz qui occupent la chambre du compteur ( de l'argon en général), et les ions ainsi produits permettent le passage d'un courant qui est ensuite détecté.
L'exposition aux rayonnements ionisants ( rayons X, $\text{ }\!\!\gamma\!\!\text{ }$, neutrons, particules $\text{ }\!\!\alpha\!\!\text{ }$ ) endommage les cellules, les tissus ainsi que les gènes. Par exemple, l'absorption de $\text{7}\text{.1}{{\text{0}}^{\text{-10}}}$ moles de particules $\text{ }\!\!\alpha\!\!\text{ }$ émis par $^{\text{238}}\text{U}$ est fatale.
Fission nucléaire
Une réaction nucléaire au cours de laquelle un noyau se scinde en deux fragments plus petits est appelée fission nucléaire. L'uranium $^{\text{235}}\text{U}$ (0,72%) subit la fission quand il absorbe un neutron thermique (vitesse lente) :
$${}_{92}^{235}U\,+\,{}_{0}^{1}n\to \,{}_{56}^{139}Ba\,+\,{}_{36}^{54}Kr+3\,{}_{0}^{1}n$$ L'énergie libérée vaut 207,5 MeV/atome
On définit la masse critique comme étant la plus petite masse pour laquelle on produit un nombre de neutrons supérieur au nombre de neutrons absorbés : on a alors une réaction en chaîne, contrôlée dans une centrale nucléaire.
Fusion nucléaire
La réaction de fusion nucléaire produit plus d'énergie que la réaction de fission. Ces réactions se produisent dans le soleil :
$$4\,{}_{1}^{1}H\,\to \,{}_{2}^{4}He\,\,+\,\,2\,{}_{1}^{0}e\,\,$$ l'énergie libérée est de 26,7 MeV
La maîtrise des réactions de fusion nucléaire en vue de produire de l'électricité est un vrai challenge technologique (projet de Tokamak européen ou de fusion par énergie laser aux USA, les températures doivent atteindre des millions de degrés ! ! !). Etant donné que l'Hydrogène et le Deutérium abondent, on peut envisager les réactions suivantes :
$$2\,{}_{1}^{2}H\,\to \,{}_{2}^{3}He\,\,+\,\,{}_{0}^{1}n\,\,\,\,\,\,\,ou\,\,\,\,\,\,\,\,2\,{}_{1}^{2}H\,\to \,{}_{1}^{3}H\,\,+\,\,{}_{1}^{1}H\,\,\,\,\,\,\,ou\,\,\,\,\,\,\,\,{}_{1}^{2}H\,\,+\,{}_{1}^{2}H\,\to \,\,{}_{2}^{4}He$$
