Exemple d'énergie atomique

L'énergie atomique est la capacité de faire un travail, obtenu à partir de la désintégration des atomes des éléments radioactifs. Elle est obtenue grâce à la stimulation de cette désintégration.

L'énergie dans les procédés nucléaires

Les réactions chimiques s'accompagnent d'une variation d'Énergie, généralement sous forme de chaleur, qui se décolle (réactions exothermiques) ou est absorbé (réactions endothermiques). Lorsqu'une substance est formée à partir des éléments constitutifs, de la chaleur est dégagée (chaleur positive de formation), Bien que dans certains cas, comme pour obtenir de l'ozone à partir de l'oxygène atomique, il y aurait un dégagement de chaud.

Si ces mêmes idées sont appliquées à la formation (supposée) de noyaux atomiques à partir de protons et de neutrons, il est clair que de l'énergie sera libérée dans cette formation, et étant donné la nature des liens impliqués, l'énergie libérée ici sera considérablement plus importante, si bien que la perte de masse qui accompagnera ladite variation d'énergie est déjà pondérable. (Selon le principe d'Einstein, le changement d'énergie ΔE est équivalent au changement de masse Δm, de sorte que ΔE = m * C

², où C est la vitesse de la lumière).

Ainsi, par exemple, pour l'élément Lithium Li-7, formé de 3 protons et 4 neutrons, dans la formation d'un atome-gramme de noyaux de Lithium de masse atomique 7, on aura :

3 protons = 3 * 1,00756 g = 3,02268 g

4 Neutrons = 4 * 1,00893 g = 4,03572 g

Le résultat de la somme est de 7,05840 g.

La masse atomique du lithium-7 a une valeur de 7,01645 g

Il s'ensuit, en comparant les valeurs, que la variation de masse m = 0,04195 g, et elles sont égales à 9,02 * 10¹¹ calories, calculées avec l'équation d'Einstein ΔE = Δm * C².

La réaction hypothétique de formation de noyaux à partir de protons et de neutrons dégage une énorme quantité d'énergie, des millions de fois supérieure à celle des réactions chimiques ordinaires plus exothermiques.

Chaque particule de noyau o Nucléon (proton ou neutron), pour faire partie d'un noyau, il a subi une perte de masse, qui n'est pas constante, mais a une valeur maximale pour les éléments intermédiaires du système périodique des numéros atomiques 20 à 51, puis diminuant lentement avec le nombre croissant atomique.

La bombe atomique

L'uranium 235 et le plutonium 239 se divisent par bombardement de neutrons et émettent d'énormes quantités d'énergie, libérant de nouveaux neutrons.

La condition pour que le processus de multiplication ait lieu est que plus d'un neutron produit dans chaque clivage soit capable de produire un nouveau clivage ou division.

Dans la Tas d'uranium, les neutrons produits s'échappent en partie à travers la surface du matériau et sont en partie absorbés par l'Uranium 238 pour former l'isotope lourd Uranium 239, qui se désintègre successivement en Neptunium et Plutonium.

Mais s'il s'agit d'uranium 235 pur ou de plutonium 239, la possibilité de perte de neutrons à travers la surface de celui-ci conduit à connaître le Taille critique nécessaire pour que la réaction en chaîne se développe en son sein.

le Taille critique L'échantillon est celui dans lequel la réaction en chaîne, divisant l'atome, se développe presque immédiatement.

Si l'échantillon de matériau clivable (divisible par bombardement neutronique) a un diamètre inférieur au chemin moyen que doit parcourir un neutron rapide pour produire le processus de clivage, il est entendu que les neutrons produits dans les scissions occasionnelles par les neutrons circulants s'échapperont à travers la surface sans attaquer aucun autre cœur.

Au contraire, si l'échantillon est supérieur à la taille critique, les neutrons produits occasionnellement, lors de leur passage à travers elle, ils auront une grande probabilité de diviser de nouveaux noyaux, continuant ainsi, à un rythme accéléré, le processus de division.

Si un échantillon est supérieur à la taille critique, il subira une explosion instantanée, tandis que s'il est plus petit, il produira un clivage lent qui, cependant, doit être évité. Pour cela, le matériau clivable est conservé en couches minces à l'intérieur de conteneurs de cadmium qui sont conservés à l'intérieur de l'eau; Les neutrons incidents occasionnels seront ralentis par l'eau puis capturés par le cadmium avant qu'ils ne puissent atteindre le matériau protégé.

En mélangeant rapidement divers morceaux de matériau clivable, chacun un peu plus petit que la taille critique, une seule masse (bombe atomique) est formée, qui explose immédiatement. La vitesse à laquelle les morceaux de matériau clivable doivent être collectés doit être très élevée pour éviter que lorsque la réaction démarre en La chaîne, étant très proche, l'énergie dégagée disperse les morceaux dudit matériau avant d'entrer complètement en contact.

Il y a deux morceaux de matériau clivable qui sont correctement protégés par des capteurs de neutrons et distants de quelques centimètres. Au moment opportun, l'une des pièces est tirée sur l'autre avec la vitesse d'un projectile rapide.

Les détails de la construction et du mécanisme de la bombe atomique expérimentale qui a explosé au petit matin du 16 juillet, 1945 dans le désert du Nouveau-Mexique, ils étaient dirigés par le professeur Oppenheimer, physicien théoricien à l'Université de Californie.

Les deux bombes larguées des semaines plus tard contre le Japon étaient constituées, le premier pour l'Uranium 235 et le second pour le Plutonium.

Bien que l'énergie libérée dans le clivage d'un noyau d'uranium soit calculée à environ 200 millions d'électrons-volts, soit environ 2x10¹⁰ Kilocalories par Kilogramme d'Uranium clivé, seulement 1-5% reste utilisable, ce qui correspond à un énergie explosive disponible par kilogramme d'U-235 équivalente à celle d'environ 300 tonnes de trinitrotoluène (TNT, trilita)

A la vague explosive issue de l'explosion de la bombe atomique s'ajoutent les terribles effets incendiaires produit par le rayonnement gamma intense émis, qui détermine comment un Soleil miniature, bien que brièvement durée.

La dévastation causée par des bombes isolées sur les villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki sont la preuve de l'énorme énergie atomique qui est libérée lors de la désintégration atomique.

Il faut espérer, cependant, que l'énergie atomique pourra être appliquée à des utilisations pacifiques à l'avenir, en particulier dans les cas où une grande concentration d'énergie dans une petite quantité est souhaitable de matière.

Exemples d'applications d'énergie atomique

Production d'énergie thermique

Production d'énergie mécanique

Production d'énergie électrique

Buts de guerre avec la bombe atomique

Collision de particules subatomiques

Expérimentation de nouvelles technologies

Dans l'exploitation minière, pour le matériel de dynamitage

Pour la recherche de nouveaux matériaux