Le nucléaire
L’énergie nucléaire est produite par
les noyaux des atomes qui subissent des transformations, ce sont les réactions
nucléaires.
Ces réarrangements nucléaires conduisent à des
configurations plus stables, le différentiel d’énergie (correspondant au
différentiel de masse) constitue
alors l’énergie libérée par la réaction. Les applications de l’énergie
nucléaire s’appuient sur cette énergie. Les réactions nucléaires à la base des
différentes applications sont détaillées ci-après.
La fission - neutrons - chaleur -dégagement d'hydrogène explosif
La Fission
Depuis le début du nucléaire en 1950 l'uranium 235 bombardé d'un neutron se fissione en 2 ou 3 neutrons qui en déclenche des autres fissions qui dégages de la chaleur
L'uranium est compressée dans des pellets de porcelaine (grand comme une gomme)ces pellets sont stockés dans de longs tubes creux en "zirkonium"
Lorsqu’un neutron percute le noyau de certains isotopes lourds, il existe une probabilité que le noyau impacté se scindé en deux noyaux plus légers.
Cette réaction, qui porte le nom de fission nucléaire, se traduit par un dégagement d’énergie très important
de l’ordre de 200 Mega Volts
à comparer aux énergies des réactions chimiques, de l’ordre de l’eV.
Cette fission s’accompagne de l’émission de plusieurs neutrons qui, dans certaines conditions, percutent d’autres noyaux et provoquent ainsi une réaction en chaîne. Dans un réacteur nucléaire, cette réaction en chaîne se déroule à vitesse lente et contrôlée.
Dans une bombe, elle se propage si rapidement qu’elle conduit à une réaction explosive.
L’importance de l’énergie émise dans la fission provient du fait que l’énergie de liaison par nucléon du noyau initial est plus faible que celle des noyaux produits (environ 7,7 MeV par nucléon pour les éléments lourds, contre 8,8 pour le fer). La plus grande partie de l’énergie se retrouve sous forme d’énergie cinétique des neutrons et des noyaux fils, énergie récupérée sous forme de chaleur dans les réacteurs.
Fusion
La fusion nucléaire:
est une réaction où deux noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau plus lourd (par exemple un noyau de deutérium et un noyau de tritium s’unissent pour former un noyau d’hélium plus un neutron).
La fusion des noyaux légers dégage une énorme quantité d’énergie provenant de l’interaction forte, bien plus importante que la répulsion électrostatique entre les constituants des noyaux légers. Ceci se traduit par un défaut de masse (cf. énergie de liaison ; E=mc²) ; le noyau résultant ayant une masse moins élevée que la somme des masses des noyaux d’origine.
Cette réaction n’est cependant possible qu’à des températures très élevées (plusieurs dizaines de millions de degrés) où la matière est à l’état de plasma. Ces conditions sont réunies au sein des étoiles ou lors de l’explosion d’une bombe à fission nucléaire,
qui amorce ainsi l’explosion thermonucléaire (bombe H).
Actuellement, aucun appareillage ne permet de produire de l’énergie en contrôlant les réactions de fusion nucléaire. Des recherches sont en cours afin d’obtenir un plasma sur une durée suffisante, afin que l’énergie de fusion produite soit supérieure à celle investie dans le chauffage des particules. Des recherches sont actuellement menées dans un cadre international afin de développer l’usage civil de l’énergie de fusion nucléaire pour la production électrique.
2011: Fukushima
le Zirkonium en fusion avec le contact avec l'eau est exessivement réactif et sa dégage de l'hydrogène très explosif
Augmenter la résistance à la chaleur est maintenant en recherche
Les firmes:Fromatome en France Hitachi au Japon Westinghouse:USA
tests de produits de fusion de zirkonium + eau( H2O
Le zirkonium: symbole chimique Zr n° atomique 40
extrait du zircon
La chaleur par fission
1 gr de petrole = 42 000 Joules
1 gr d'uranium = 73 milliards de Joules 1 million de fois plus concentré
l'uranium coûte 260 dollars le kg
Consomation anuelle mondiale d'uranium: 63 875 tonnes en 2010
en France: ont enrichi au Tricastin sur la commune de Saint Paul trois chateaux à 10 km de Pierrelatte a 28 km au sud de Montélimar et 50 km au nord d'Avignon
route du site du tricastin 26130 Saint Paul trois chateaux departement de la Drome
Les crayons sont remplis sous 30 bars d'helium
Les crayons sont soumis à 155 bars de pression 285° à 325°c
la gaine: 300 à 350°C
au centre: 1000°C à 1850°C
Le combustible est utilisable 3 ans env.
1/4 du coeur est remplacer tous les 12 mois ou 1/3 tous les 18 mois
La cuve du réacteur: ou ce produit la réaction en chaine
par tube:264 crayons x 24 tubes
un crayon fait 4 m de haut en zirkonium (les gaines)
des pastils: de 8,2 mm de diamètre du dioxyde d'uranium
la cuve est en acier au carbone avec une couche extérieure de en acier inoxydable
L'eau à l'intérieure est maintenue à 155 bars de pression et l'eau reste liquide à 300°c
Le combustible sortis vas en piscine 1 à 2 ans
entreposage de 5 ans en piscine de 50m x16m x9 m
4 m d'eau pardessus la matière cappacité de 4000 tonnes
l'entreposage sous-terrain: pendant plusieurs décennies
Le stockage proffond entourré d'argile à 500 m de proffondeur pendant 10 000 ans et allors négligeable comme radioactivité
2019: 58 réacteurs en France
un réacteur de 900 megawatts: produit 500 000 mega watts par heure
=ce qui approvisionne 400 000 foyers
dans le monde une production de 2 606 terra watt/h = 10,4 % de la production mondiale d'électricité. en 2017 ont compte 454 réacteurs nucléaires en fonctionnement.
dans 31 pays
la France est le second producteur mondiale d'électricité nucléaire derrière les états unis.
Henri Beckerel en 1896 inventa la radioactivité l'unité est le Becquerel
l'uranium est la matière première
58 réacteurs répartis dans 19 centrales nucléaires
75% de l'électricité Française est d'origine du nucléaire
l'age limite d'un réacteur est 40 ans et en 2025 2/3 du parc nucléaire auras atteint leur 40 ans!
prolonger de 10 à 20 ans la durée de vie! ce qui ramène la durée de vie de 50 à 65 ans.
1063 anomalies dans les réacteurs nucléaires sont dénombrées
Toutes ses pièces sont sorties de l'usine Creusot forge
la dette brute d'EDF est de 67 milliards
1200 tonnes de combustible usé tout les ans
63 piscines nucléaire pour la France
10 000 tonnes a la Hague
l'uranium 235 n'est que 3 à 5% du minerai
cet poudre est comprimé en cylindres d'environs 1 cm et gros comme une craie:
les pastilles (7 gr)
1 pastille pour produire autant d'énergie il faut 1 tonne de charbon
Les pastilles sont mises dans des tubes de 4 m de long,ces tubes sont en zirconium,les gaines
1 réacteur de 900 mega watts contient 40 000 crayons de 4 m de long
1 assemblage contient 264 crayons
cela fonctionne 4 ans
Les déchets sont mis en piscine pendant 3 ans
après recyclage il y a la vitrification
Le MOX: 93% de poudre d'uranium apauvris
7% de poudre de plutonium
A la Hague en France il y a un entreposage de 1700 tonnes par an
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