Réaction nucléaire

Un article de Wikivisual, l'encyclopédie libre.

Une réaction nucléaire est une transformation d'un ou plusieurs noyaux atomiques, elle se distingue d'une réaction chimique qui concerne les électrons ou les liaisons entre les atomes.

La matière est formée d'atomes (du grec atomos, indivisible). Les atomes sont composés de protons, de neutrons et d'électrons. Si l'atome est électriquement neutre, le nombre de protons est le même que le nombre d'électrons (si ce n'est pas le cas on dit qu'il est ionisé). Les protons et les neutrons, dont la somme donne le nombre de masse (ex: uranium 235=92 protons et 143 neutrons), forment le noyau atomique situé au centre de l'atome, tandis que les électrons gravitent en nuage électronique autour du noyau atomique.

[modifier] Forces

L'univers est régi par quatre forces:

La force nucléaire forte a un rayon d'action très réduit autour du noyau de l'atome, environ 10^{-15^{m (0,000 000 000.000 001 m) et est responsable de la cohésion du noyau (elle retient les protons collés ensemble). C'est la plus puissante des quatre forces fondamentales. Une des théories actuelles définit la force nucléaire par l'échange de particules appelées gluons}}
La force nucléaire faible est 10^{12^{fois moins puissante que la force nucléaire forte (1000.000 000 000 X) et est responsable de la désintégration de certains noyaux radioactifs.}}

Ces désintégrations produisent des neutrons se déplaçant à haute vitesse pouvant briser l'ADN des êtres vivants, ce qui entraine des mutations des cellules. (cancers ou autres dégénérescences cellulaires)

La force électromagnétique est la force qui, entre autres, retient les décorations sur les parois verticales de votre réfrigérateur (composante magnétique). Elle agit sur un rayon "modéré" (théoriquement illimité) et avec une intensité "moyenne".

Bien que de portée infinie (illimité), les champs électromagnétiques tendent à se neutraliser à grande échelle. Un aimant possède deux pôles, un positif (pôle dit Nord) à champ sortant et un négatif (pôle dit Sud) à champ rentrant. Les protons de l'atome sont positifs et les électrons sont négatifs (les neutrons sont... neutres). Ce qui retient les protons au centre des atomes c'est la force nucléaire, force qui est plus puissante que la force électromagnétique. Les protons sont positifs, et des charges de même signe se repoussent. C'est la même règle pour les pôles d'un aimant.

La force gravitationnelle est cette force qui vous retient au sol. C'est la plus faible des quatre, elle est aussi de portée illimité mais la règle est l'inverse que celle en cours dans l'électromagnétisme : les "charges" de même signes s'attirent. La masse peut être considérée comme la "charge" gravitationnelle !

Par ce caractère "accumulatoire" fait que la gravité soit l'intéraction principale à l'échelle astronomique : Cette force maintient les galaxies unies ! Il existe une formule simple pour calculer <math>f=(GMm)/d^2</math> G= cts gravitationnelle soit 6*10^{-11^{, M= masse du premier, m=masse du deuxième et d=distance entre les deux masses (de leur centre de masse)}}

[modifier] Le Soleil

Le Soleil est le résultat d'une énorme explosion thermonucléaire auto entretenue. Pour l'instant aucune dérive n'est à craindre, cette réaction explosive est contenue par la force gravitationnelle. Regardons ce qui ce passe au sein du Soleil pour comprendre ce qu'est une réaction nucléaire.

Il existe deux types de réaction, la fission et la fusion, la fission consiste à séparer le noyau de l'atome (séparer les protons et les neutrons entre eux) et la fusion est le fait d'associer deux noyaux pour former un nouveau noyau. Tous les éléments sont formés ainsi : à l'origine de l'Univers, il n'y avait que de l'hydrogène mais les réactions au coeur des étoiles forment tous les autres éléments jusqu'au fer, les éléments plus lourds sont formés par un autre procédé.
Sachez que la fusion produit beaucoup plus d'énergie (Les premières bombes nucléaires fissionnaient des atomes d'uranium, mais aujourd'hui les bombes nucléaires fusionnent des atomes hydrogène, bombe H, ces bombes sont beaucoup plus puissantes et destructrices).
Dans notre soleil, du fait des très hautes températures qui y règnent, les particules sont très agitées et possèdent énormément d'énergie cinétique (vitesse). Du fait de la grande vitesse des atomes, les atomes ne peuvent exister sous forme normale car les électrons refusent de 'graviter' autour .(imaginez que la Terre est le noyau et que la Lune est un électron; si on chauffe la Terre (soyez imaginatif) elle se mettra à vibrer. Plus on chauffe, plus elle vibre fort, ces vibrations deviendront si fortes que la Lune ne pourra plus tourner autour, on dira donc que la Terre est ionisée).
Bien qu'ils se dirigent les uns vers les autres, les noyaux ne s'entrechoquent pas car la force électromagnétique les repousse (les noyaux sont tous les deux positifs). Mais si on augmente la température, les noyaux gagnent de la vitesse et lors des chocs, ils se rapprochent toujours de plus en plus, jusqu'à ce que les noyaux entrent en contact et que la force nucléaire forte prenne le relai, mais comme elle est des milliers de fois plus puissante que la force électromagnétique, les noyaux se lient entre eux et forment un seul atome.
La propriété remarquable de cette réaction réside dans le fait que la masse du noyau est légèrement inférieure à la somme des masses des deux protons du début de la réaction. La réaction nucléaire de fusion s'accompagne donc d'une perte de masse.
Or, Einstein montra par la théorie de la relativité que la masse peut se transformer en énergie et que l'énergie peut se transformer en masse selon la célèbre formule <math>E=MC^2</math> qui énonce que l'énergie est égale au produit de la masse par le carré de la vitesse de la lumière. La perte de masse de la réaction citée plus haut correspond à une libération d'énergie. C'est ainsi qu'en transformant une fraction de sa masse que notre Soleil trouve les ressources qui lui sont nécessaires. Cette méthode est beaucoup plus efficace que les réactions chimiques ou la contraction Kelvin-Helmholtz. Elle permet à une étoile comme la nôtre de briller pendant 10 milliards d'années.