L'énergie nucléaire somnole sur le combustible de fission, l'uranium, dont le minerai est contenu dans le sous-sol terrestre. Il permet d'utiliser la chaleur dégagée par la fission des atomes d'uranium pour produire de l'électricité dans les centrales nucléaires (appelées centrales nucléaires).
L'énergie nucléaire : définition
L'énergie nucléaire est l'énergie de liaison des composants nucléaires. Le noyau est un ensemble de protons, de neutrons chargés et non chargés positivement. Bien qu'il y ait une répulsion électrique entre les protons, la liaison est très forte. Le noyau est très compact (10-12 mm), 100 000 fois plus petit que l'atome lui-même. De plus, dans les atomes pesants, le noyau contient un grand nombre de protons qui se refoulent mutuellement. La plupart de ces noyaux (comme l'uranium ou le thorium) changent instables et se rompent, libérant une partie de l'énergie de liaison. C'est la fission de l'atome. À l'inverse, dans un atome très léger, deux noyaux peuvent fusionner pour former un atome plus lourd mais plus stable et libérer une énergie considérable. Par exemple, c'est le processus de fusion des noyaux d'hydrogène en noyaux d'hélium.
Fission nucléaire : ses principes
En ce qui concerne les centrales nucléaires, la source de chaleur est une réaction particulière : la fission nucléaire. Certains atomes ont un gros noyau qui peut se diviser en deux lors d'une collision avec un projectile. Les plus éprouvés sont l'uranium 235 et le plutonium 239. Le neutron est le projectile le plus utilisé car il est non chargé et relativement léger. Cependant, cette fracture libère beaucoup d'énergie sous forme d'énergie cinétique : les deux dernières pièces sont pour la plupart radioactives et sont éjectées à grande vitesse. Tout comme les boules de billard, elles entrent en collision avec d'autres atomes alentour. Ces chocs en cascade ralentiront leur vitesse, mais provoqueront un dégagement de chaleur. C'est cette chaleur qui est ensuite utilisée sous forme d'électricité. En outre, chaque fission libère également deux à trois neutrons. Ces neutrons forment de nouveaux projectiles qui peuvent provoquer une nouvelle fission et ainsi de suite... Dans un propulseur nucléaire ces réactions en chaîne sont contrôlées pour produire un nombre constant de fission.
Les composants d'un réacteur nucléaire
Ainsi, pour faire marcher un propulseur nucléaire, il faut un combustible contenant des particules fissiles, un système capable de capter les neutrons en excès pour contrôler la réaction, et un élément chargé de ralentir les neutrons afin qu'ils aient une vitesse suffisante pour provoquer la fission et d'un matériau caloporteur pour récupérer la chaleur produite.