réaction de
fission :
Calculons l’énergie produite lors de la fission de l’uranium 235
Données :
Masse de l’uranium 235 : mUr = 234,993 43 u
Masse du xénon 139 : mXe = 138,913 88 u
Masse du strontium 95 : mSr = 94,856 u
Masse d’un neutron : mn = 1,008 66 u
Masse de l’uranium 235 : mUr = 234,993 43 u
Masse du xénon 139 : mXe = 138,913 88 u
Masse du strontium 95 : mSr = 94,856 u
Masse d’un neutron : mn = 1,008 66 u
1u = 1,66054.10-27
kg unité de masse 1u = 931.5 MeV
C = 3.108 m.s-1 vitesse de la lumière
1 eV = 1,60.10 – 19J
ƝA=6,02.1023 mol-1 nombre
d’Avogadro
La formule d'équivalence de Einstein entre la masse et
l'énergie : toute particule, même au repos, possède, du seul fait de sa masse
m, de l'énergie Eo, appelée énergie de masse, donnée par la relation : Eo = m.c2
Δm =
94,856+138,91388+2,01632 – 234,99343 – 1,00866 = -0,215u kg
Δm = -
0,215 u = - 0,215 × 1,66054.10-27 = - 3,57.10-28 kg
Il y a une perte de masse de
3,57x10-28
kg
par fission correspondant à l’énergie libérée
lors de la fission.
D’où : ΔE = Δm × C2 = - 3,57.10-28 × 9.1016
= - 3,21.10-11J soit - 200 MeV
Le nombre de noyaux
d’uranium 235 dans un échantillon de masse m=1,00 g
N= (m/Mu235) x NA = (1/235) x
6,02.1023 = 2,56.1021 Noyaux
L’énergie, en Joule, libérée
par la fission de 1,00 g d’uranium :
E = 2,56.1021 x
3,21.10-11 = 8,21.1010 J
Sachant que la combustion d'une tonne de
pétrole libère en moyenne une énergie de 4,2.1010J,
déterminons le nombre de tonnes de pétrole qu’il faut pour obtenir la même
quantité d’énergie ?
E’= 8,21.1010 / 4,2.1010 = 1,95 tep
la fission de 1g d'uranium libère l'équivalent en énergie de deux 2 tonnes de petrole
Principe
de fonctionnement d’une centrale nucléaire
C’est le même principe que
dans une centrale thermique, la différence se trouve dans la production de
chaleur. Ici la production de chaleur est assurée par la fission des noyaux d’uranium
235 après avoir été percuté par un neutron ainsi une réaction en chaine se crée
à l’intérieur des barres de crayon dans lesquels se trouvent les pastilles d’uranium
enrichis entre 3% à 5% plongés dans de l’eau qui est pressurisée à environ 155
°c pour l’empêcher de bouillir afin de le maintenir en l’état liquide. Ce
liquide caloporteur du circuit primaire va échanger de la chaleur avec l’eau du
circuit secondaire qui se vaporise pour faire tourner la turbine qui à son tour
fait tourner l’alternateur qui produit l’électricité. La vapeur au contact de
la turbine se liquéfie dans un condenseur pour être réutilisée après avoir été
refroidie par l’eau de fleuve ou l’eau de mer ou dans un grand tour aéroréfrigérant.
Ce type de réacteur est
appelé REP (Réacteur à Eau Pressurisée) qui est pour la plupart utilisé dans
les centrales nucléaires avec les réacteurs REB (réacteur à eau bouillante).
Dans ces types de réacteurs la réaction en chaine de fission est contrôlée
sinon il y a risque de fonte du cœur du réacteur et d’explosion de l’enceinte
du réacteur comme ce fut le cas à Tchernobyl en URSS et à Fukushima au japon
qui est une catastrophe environnementale et sanitaire.
Il faut aussi noter que pour
alimenter des réacteurs nucléaires, il faut disposer
d’un combustible dont la proportion d’uranium 235 fissile se situe
entre 3% et 5% car l’uranium naturel est composé de 0.7% d’uranium fissile 235
et 99.3% d’uranium non fissile 238. Les procédés pour enrichir l’uranium est la
diffusion gazeuse ou l’ultracentrifugation.
La gestion des déchets
radioactifs considérés comme très dangereux et les risques d’accidents
constituent les principaux problèmes des centrales nucléaires. Pour cela des
espoirs sont permis avec les réacteurs de 4eme génération qui se profilent à l’horizon
capable d’utiliser directement l’uranium naturel ou appauvri et de produire 50 à 100 fois plus d’électricité
avec la même quantité de minerai que les réacteurs nucléaires actuels.
La cherté des équipements et le problème
de la gestion des déchets radioactifs constituent des facteurs bloquants pour
les pays africains d’en posséder. Seul l’Afrique du Sud a deux réacteurs
nucléaires constituant 6.6% de leur production d’électricité.
Sources d'énergie
|
Requit
|
Éolien
|
5600 éoliennes de 600 kW
|
Charbon
|
2 600 000 tonnes de charbon
|
Pétrole
|
1 800 000 tonnes de pétrole
|
Fission
|
25 tonnes d'Uranium
|
Émission de CO2 selon
la source d'énergie :
Sources d'énergie
|
Émission de CO2 (en g par kW/h)
|
Pétrole
|
800 à 1 000
|
Charbon
|
900 à 1 150
|
Gaz
|
60 à 100
|
Solaire
|
25 à 130
|
Eolien
|
3 à 20
|
Fission
|
10 à 15
|
http://www.cea.fr/comprendre/Pages/energie-nucleaire.aspx
http://www.fissionnucleaire.toile-libre.org/partie22.html
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