Chimie pour les non-majors

Comment naissent les éléments ?

Un certain nombre de réactions ont lieu dans le soleil qui ne peuvent être reproduites sur Terre. Certaines de ces réactions impliquent la formation de grands éléments à partir de plus petits. Jusqu’à présent, nous n’avons pu observer que la formation de très petits éléments ici sur Terre. La séquence de réaction observée semble être la suivante : Les atomes d’hydrogène-1 entrent en collision pour former les plus gros isotopes de l’hydrogène, l’hydrogène-2 (deutérium) et l’hydrogène-3 (tritium). Au cours de ce processus, des positrons et des rayons gamma sont formés. Les positrons entrent en collision avec les électrons disponibles et s’annihilent, produisant d’autres rayons gamma. Dans le processus, d’énormes quantités d’énergie sont produites pour nous garder au chaud et continuer à alimenter les réactions.

Fusion nucléaire

Contrairement à la fission nucléaire, qui aboutit à la formation d’isotopes plus petits à partir d’isotopes plus grands, le but de la fusion nucléaire est de produire des matériaux plus grands à partir de la collision d’atomes plus petits. Le forçage des petits atomes les uns contre les autres permet de resserrer l’emballage et de libérer de l’énergie. Comme on peut le voir sur la figure 1, de l’énergie est libérée dans la formation du plus gros atome, l’hélium (He), à partir de la fusion de l’hydrogène-2 et de l’hydrogène-3 ainsi que de l’expulsion d’un neutron.

Cette libération d’énergie est ce qui motive la recherche sur les réacteurs à fusion aujourd’hui. Si une telle réaction pouvait être réalisée efficacement sur Terre, elle pourrait fournir une source propre d’énergie nucléaire. Contrairement aux réactions de fission, la fusion nucléaire ne produit pas de produits radioactifs qui représentent des dangers pour les systèmes vivants.

Les réactions de fusion nucléaire en laboratoire ont été extraordinairement difficiles à réaliser. Des températures extrêmement élevées (de l’ordre de millions de degrés) sont nécessaires. Des méthodes doivent être développées pour forcer les atomes ensemble et les maintenir ensemble assez longtemps pour réagir. Les neutrons libérés lors des réactions de fusion peuvent interagir avec les atomes du réacteur et les transformer en matériaux radioactifs. Il y a eu quelques succès dans le domaine des réactions de fusion nucléaire, mais le chemin vers une énergie de fusion réalisable est encore long et incertain.

Résumé

• Le processus de fusion nucléaire est décrit.
• Des exemples de réactions de fusion nucléaire sont donnés.

Pratique

Lisez le matériel au ling ci-dessous et répondez aux questions suivantes :

http://science.howstuffworks.com/fusion-reactor.htm

1. Quelles températures sont nécessaires pour que la fusion se produise ?
2. Pourquoi une haute pression est-elle nécessaire ?
3. Que fait un réacteur à confinement magnétique ?
4. Comment fonctionne une méthode de confinement inertiel ?

Review

1. Qu’est-ce que la fusion nucléaire ?
2. Pourquoi la fusion nucléaire présente-t-elle un intérêt aujourd’hui ?
3. Quel est l’un des problèmes que pose l’étude de la fusion nucléaire en laboratoire ?

Glossaire

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