l'origine de l'énergie nucléaire

[paradoxdu74]

bonjour

je voulais savoir d'ou sortait l'énergie produite lors d'une réaction de fusion ou fission nucléaire car dans la fusion par exemple avant et après la réaction il y a le même nombre de nucléon, quelle énergie est transformée ?

merci d'avance

[gillesh38]

C'est pareil avec une réaction chimique, le nombre d'atomes et de particules élémentaires ne change pas !

ce qui change, c'est l'énergie de liaison, qui est differente dans les différents noyaux (ou les molécules en chimie) et qui contribue à la masse totale :

Mtotale = sommes des masses des particules séparées- Energie de liaison/c^2

le deuxième terme étant appelé aussi "défaut de masse" car il apparait comme une masse "manquante" : la masse d'un noyau est toujours inférieure à la somme de ses constituants.

[paradoxdu74]

mais l'énergie de liaison par exemple dans la reaction tritium-deuterium crée une énergie de liaison aussi dans l'helium

si j'ai bien compris c'est plus facile de faire tenir ensemble un noyau de 4 nucléons et un nucléon seul que un noyau de 3 nucléon et un noyau de 2

[haraelendil]

Salut para

mais l'énergie de liaison par exemple dans la reaction tritium-deuterium crée une énergie de liaison aussi dans l'helium

Qu'est-ce que tu entend par la??

si j'ai bien compris c'est plus facile de faire tenir ensemble un noyau de 4 nucléons et un nucléon seul que un noyau de 3 nucléon et un noyau de 2

Ceci s'explique en traçant la courbe d'énergie de liaison en fonction des elements chimiques:
Cette courbe monte trés vite au debut (ce qui explique que la fusion Hydrogène/Helium produise beaucoup d'énergie), s'arrete au niveau du fer, puis retombe ensuite, ce qui fait que au dela du fer, la fusion ne crée plus d'énergie, mais la fission oui, et inversement, en dessous du fer, le fusion crée de l'énergie alors que la fission en consomme.

Voila, j'éspère avoir répondu à ta question

[paradoxdu74]

merci

mais comment peut-on expliquer cela, existe-t-il un résonnement ou on doit l'admettre ?

pourquoi elle serait plus forte dans le deutérium que dans l'hélium ?

[ClairEsprit]

Il existe des modèles qui retombent sur les faits expérimentaux pour les noyaux sans trop de nucléons; par exemple il y a le modèle en couches qui reprend le même principe que celui utilisé pour les électrons "en orbite" autour du noyau. En fonction du nombre de nucléons, et si on néglige les interactions entre les nucléons, en utilisant le principe de Pauli, avec par exemple des modèles de type oscillateur harmonique... bref... tout un tas de modèles... on arrive à prédire que telle ou telle configuration est plus stable que telle autre, qu'il existe des "nombres magiques" de nucléons pour lesquels la stabilité du noyau est plus grande que d'autre.
Maintenant, il y a peut-être d'autres façons de prédire ces cas particuliers de noyaux très stables. Mais le problème est ardu !

[haraelendil]

Voila, j'ai trouvé quelquechose de constructif:

L'énergie de laison d'un noyau peut être calculé selon la formule de Bethe-Weizsäcker.

Elle ressemble à ça:
E_l=E_v+E_s+E_c+E_a+E_p


-E_v est l'énergie de volume qui est tirée d'une analogie avec les gaz parfaits ou l'énergie interne est proportionelle au nombre de particules.
E_v

-E_s est l'énergie de surface. Elle est due au fait que les nucléon qui sont vers la surface du noyau sont en contact avec moins de nucléons que ceux du centre. Elle favorise le demantellement du noyau, et est donc négative.

-E_c est la répulsion éléctrostatique qui contrebalance l'énergie de liaison du fait que les protons sont chargés positivement et se repoussent. Elle favorise le demantellement du noyau, et est donc négative.

-E_a est l'énergie d'asymétrie et a un rapport avec le fait que les noyaux lourds ont besoin de plus de neutrons que de protons pour rester stable. Or, un surplus de neutron va faire augmenter légèrement l'energie des nucléons, et donc ils seront plus dur à maintenir ensemble. Elle favorise aussi le demantellement du noyau, et est donc négative.

-E_p est l'énergie d'appariement. Les nucléons ayant un spin demi-entier, ils sont donc des fermions répondant à la statistique de Fermi-Dirac et sont surtout sujet au principe d'exclusion de Pauli (deux fermions ne peuvent avoir le même état quantique). De se fait, les fermions ont tendance à s'accoupler deux à deux pour devenir des Bosons répondant eux à la statistique de Bose-Einstein, et n'étant plus sujet à ce fameux principe d'exclusion de Pauli. Donc, suivant qu'il y ait un nombre pair de neutrons, ou de protons, cette énergie va varier, elle peut soit aller dans le sens de la cohésion (positive), soit à l'inverse (négative), soit etre nulle.


Voila, un dernier petit mot: La courbe dont je parlais avant qui montre bien ces différences d'énergies s'apelle en fait la courbe d'Aston, et est la représentation de l'énergie de liaison par nucléon en fonction du nombre de nucléons.

[invité576543]

Bonjour,

Une remarque d'ordre méthodologique: dans de nombreuses intervention dans cette discussion, l'énergie de liaison est une valeur positive. Or la quantité à faire entrer dans les bilans est négative: ce qui est donc appelé, à tort, énergie de liaison dans certains messages est l'opposé de la véritable énergie de liaison.

Cette erreur méthodologique est malheureusement courante dans nombre manuels et publications. En particulier la courbe de l'énergie de liaison par nucléon en fonction de Z ou A est souvent montrée comme une "bosse", avec maximum au fer, (e.g., " Cette courbe monte trés vite au debut", message #4) (exemple de "mauvaise" présentation de la courbe) alors qu'il faut la montrer comme un creux avec minimum au fer (exemple de bonne courbe).

Ce n'est pas anodin, car avec la courbe en creux, on voit immédiatement que descendre de l'hydrogène vers le fer libére de l'énergie (on va de beaucoup d'énergie à moins d'énergie). C'est cohérent avec les diagrammes énergétique en chimie qui montrent les états de haute énergie en haut, pour descendre dans le cas d'une réaction. Ou encore des diagrammes montrant l'énergie des couches électroniques.

Cet erreur de signe est, à mon avis, une source importante de difficulté de compréhension sur le sujet...

Cordialement,