Différence principale - Fission nucléaire vs Fusion

La fusion nucléaire et la fission nucléaire sont des réactions chimiques qui ont lieu dans le noyau d'un atome. Ces réactions libèrent une très grande quantité d'énergie. Dans les deux réactions, les atomes sont modifiés et les produits finaux seraient complètement différents des réactifs initiaux. La fusion nucléaire libère une énergie plus élevée que celle de la fission nucléaire. Bien que les réactions de fission nucléaire ne soient pas très présentes dans l'environnement, la fusion nucléaire se trouve dans des étoiles telles que le soleil. La principale différence entre la fission nucléaire et la fusion est que la fission nucléaire est la division d'un atome en particules plus petites tandis que la fusion nucléaire est la combinaison d'atomes plus petits pour former un gros atome.

Domaines clés couverts

1. Qu'est-ce que la fission nucléaire - Définition, mécanisme, exemples 2. Qu'est-ce que la fusion nucléaire - Définition, mécanisme, exemples 3. Quelle est la différence entre la fission nucléaire et la fusion – Comparaison des principales différences

Termes clés: deutérium, demi-vie, bombardement de neutrons, fission nucléaire, fusion nucléaire, noyau, rayonnement, désintégration radioactive, tritium

Qu'est-ce que la fission nucléaire

La fission nucléaire est la division d'un noyau en particules plus petites. Ces particules plus petites sont appelées fragments. Souvent, les produits de la fission nucléaire comprennent des neutrons et des rayons gamma. Une réaction de fission nucléaire peut libérer une grande quantité d'énergie. Cette réaction peut se produire de deux manières comme ci-dessous.

Bombardement de neutrons

Il s'agit d'une réaction non spontanée où un grand isotope instable est bombardé de neutrons à grande vitesse. Ces neutrons accélérés provoquent la fission de l'isotope. Premièrement, le neutron se combine avec le noyau de l'isotope. Le nouveau noyau est plus instable; ainsi, il subit une réaction de fission. La fission produit plus de neutrons qui peuvent induire d'autres isotopes à subir une fission nucléaire. Cela en fait une réaction en chaîne. C'est ce qu'on appelle la "réaction nucléaire en chaîne".

Mécanisme – Fission binaire

La fission nucléaire se produit par un mécanisme spécial appelé fission binaire. Le noyau d'un atome prend une forme sphérique en raison de la présence de forces nucléaires entre les particules subatomiques (neutrons et protons). Lorsque le noyau capture le neutron accéléré, la forme sphérique du noyau est déformée. Cela provoque la formation d'une forme à deux lobes. Cette formation de lobe provoque la séparation des particules subatomiques les unes des autres. Si la vitesse du bombardement est suffisante, les deux lobes peuvent se séparer complètement, formant deux fragments car les forces nucléaires ne sont plus suffisantes pour maintenir les lobes ensemble. Ici, une très grande quantité d'énergie est libérée. Cette énergie provient du noyau, où les forces nucléaires fortes entre les particules subatomiques sont converties en énergie.

Figure 01: Les étapes de la fission binaire du noyau. Ici, les deux fragments sont considérés comme ayant la même taille. Mais, un produit est en fait plus petit que l'autre produit.

Désintégration radioactive

C'est un processus spontané. Les isotopes instables subissent une désintégration radioactive. Dans ce processus, les particules subatomiques du noyau des isotopes sont converties en différentes formes, ce qui donne un élément différent. Le produit est plus stable et les isotopes instables subissent une désintégration radioactive jusqu'à ce que tous les atomes deviennent stables.

Dans ce processus, les isotopes instables perdent de l'énergie en émettant un rayonnement. La désintégration radioactive peut entraîner un rayonnement composé de particules alpha et de particules bêta. La désintégration des matières radioactives est mesurée par un terme appelé « demi-vie ». La demi-vie d'un matériau est le temps mis par ce matériau pour devenir la moitié de sa masse initiale.

Figure 2: Une réaction de fission nucléaire

L'image ci-dessus montre une réaction de fission nucléaire qui se produit en raison d'un bombardement de neutrons. Le neutron frappe l'isotope Uranium-235 et forme un atome d'Uranium-236. C'est très instable. Ainsi, il est divisé en baryum-144, krypton-89 et des neutrons plus accélérés avec une grande quantité d'énergie.

Qu'est-ce que la fusion nucléaire

La fusion nucléaire est la combinaison de deux atomes plus petits pour créer un gros atome, libérant de l'énergie. Cela se produit dans des conditions de température et de pression élevées. Parfois, la combinaison de noyaux se traduira par plus d'un gros atome. Lorsqu'il est calculé, il existe une différence de masse entre les réactifs et les produits. Cette masse manquante est convertie en énergie. La différence de masse est due à la différence d'énergie de liaison nucléaire.

Les réactions de fusion nucléaire se trouvent le plus souvent dans le soleil. L'énergie libérée par le soleil est le résultat de réactions de fusion nucléaire qui se déroulent à l'intérieur du soleil. L'énergie de liaison nucléaire est l'énergie nécessaire pour maintenir ensemble les protons et les neutrons à l'intérieur du noyau. Étant donné que les protons sont chargés positivement et se repoussent, il devrait y avoir une forte force d'attraction pour les maintenir ensemble. Lorsqu'il s'agit de noyaux minuscules, il y a moins de protons présents; par conséquent, moins de répulsion se produit. Les forces d'attraction ici sont plus élevées. Par conséquent, la liaison des noyaux libérera de l'énergie supplémentaire en raison de la forte attraction entre deux noyaux. Mais pour les combinaisons de noyaux plus grands, aucune énergie n'est libérée. C'est parce qu'il y a plus de protons qui provoquent une répulsion élevée entre deux noyaux.

En raison de la présence de plus de protons provoquant une répulsion entre les noyaux, la fusion nucléaire entre les noyaux plus lourds n'est pas exothermique. Mais en raison des forces d'attraction élevées entre les protons, les noyaux plus légers subissent des réactions de fusion nucléaire hautement exothermiques.

Figure 3: Réaction de fusion nucléaire dans le Soleil

Le soleil est une étoile. Il produit une grande quantité d'énergie sous forme de chaleur et de lumière. Cette énergie provient des réactions de fusion qui se produisent au soleil. La réaction de fusion implique la fusion des noyaux de Deutérium et de Tritium. Les produits finaux donnés par cette réaction sont de l'hélium, des neutrons et beaucoup d'énergie.

Différence entre la fission nucléaire et la fusion

Définition

Fission nucléaire: La fission nucléaire est la division d'un noyau en particules plus petites, libérant une grande quantité d'énergie.

La fusion nucléaire: La fusion nucléaire est la combinaison de deux atomes plus petits pour créer un gros atome libérant de l'énergie.

Occurrence naturelle

Fission nucléaire: Les réactions de fission nucléaire ne sont pas courantes dans la nature.

La fusion nucléaire: Les réactions de fusion nucléaire sont courantes dans les étoiles telles que le soleil.

Conditions

Fission nucléaire: Les réactions de fission nucléaire peuvent nécessiter des neutrons à grande vitesse.

La fusion nucléaire: Les réactions de fusion nucléaire nécessitent des conditions de température et de pression élevées.

Production d'énergie

Fission nucléaire: Les réactions de fission nucléaire produisent une énergie élevée.

La fusion nucléaire: Les réactions de fusion nucléaire de noyaux légers produisent une énergie très élevée alors que les réactions de fusion nucléaire de noyaux lourds peuvent ne pas libérer d'énergie.

Exemples

Fission nucléaire: Le bombardement neutronique de l'uranium-235 et la désintégration radioactive des isotopes instables sont des exemples de fisson nucléaire.

La fusion nucléaire: Les réactions de fusion nucléaire sont le plus souvent trouvées comme la fusion entre le deutérium et le tritium.

Conclusion

Les réactions de fission et de fusion nucléaires se produisent lorsque le noyau d'un atome subit des changements de manière spontanée ou non. Ces réactions provoquent la création de nouveaux éléments plutôt que l'élément initial. La différence entre la fission nucléaire et la fusion est que la fission nucléaire est la division d'un atome en particules plus petites, tandis que la fusion nucléaire est la combinaison d'atomes plus petits pour former un gros atome.

Les références:

1. "Fusion nucléaire." Wikipédia. Fondation Wikimedia, 28 juillet 2017. Web. Disponible ici. 31 juillet 2017. 2. "Fission nucléaire". Concepts d'hyperphysique. N.p., s.d. La toile. Disponible ici. 31 juillet 2017.

Image de courtoisie:

1. «Fission nucléaire» (domaine public) via Commons Wikimedia2. "Fusion nucléaire" Par quelqu'un - Quelqu'un (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia