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8.3. Radioactivité et dosimétrie
En dehors de la réalisation d'armes nucléaires, la production industrielle d' énergie
nucléaire est aujourd'hui la principale application des réactions en chaîne de fission
nucléaire. Environ 12 % de l'énergie produite en 2013 dans le monde était d'origine
nucléaire. Ce chiffre monte à 75 % en France.
La fission complète de 1 kg d'uranium 235 libère une énergie de 7 ,9.10
13 J, à
comparer aux 4,5.10
7 J libérés par la combustion totale de 1 kg de pétrole. Cette différence de concentration d'énergie (nucléaire ou chimique) explique en partie pourquoi il ne faut qu' une trentaine de tonnes d'uranium enrichi pour produire 1000 MW
d'énergie électrique par an alors qu' il faut 1,5 millions de tonnes de pétrole ou
2, 3 millions de tonnes de charbon.
Fusion. Deux noyaux légers peuvent, dans certains cas, se rapprocher suffisamment pour que l'attraction due à l' interaction forte entre nucléons dépasse la répulsion coulombienne des protons. Il en résulte un noyau plus lourd et plus stable. Le
processus est fortement exoénergétique mais nécessite des conditions de température
et de pression extrêmement sévères.
Ces conditions sont remplies au cœur des étoiles où se produisent des réactions de
fusion de l'hydrogène en hélium 3 et 4 :
2 H
+
p+p~l
+ e +ve
TH + p ~~ H e + y (production d'hélium 3)
~ He+~ He ~i He+ 2p (production d'hélium 4)
dont l'équation bilan est finalement :
4p ~i He+ 2e+ + ... (+25 MeV)
(8.38)
(8.39)
(8.40)
(8.41)
La recherche d'une fusion contrôlée de l'hydrogène est actuellement très active
(projet mondial ITER de fusion par confinement magnétique, projets américains et
français NIF et LMJ utilisant des lasers produisant des impulsions de très grande
énergie). Une maîtrise industrielle de ce type de fusion permettrait en effet de réaliser
des centrales fournissant beaucoup plus d'énergie que les centrales utilisant la fission
d'atomes (10 fois plus environ), et créant beaucoup moins de déchets radioactifs.
8.3 RADIOACTIVITÉ ET DOSIMÉTRIE
8.3.1 Loi de décroissance exponentielle
La probabilité par unité de temps qu'un noyau instable se désintègre se révèle être
une constante, appelée constante radioactive À. (unité : s- 1 ). L' inverse de À. est appelée
constante de temps de la désintégration, et est notée T = 1/ À..
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En dehors de la réalisation d'armes nucléaires, la production industrielle d' énergie
nucléaire est aujourd'hui la principale application des réactions en chaîne de fission
nucléaire. Environ 12 % de l'énergie produite en 2013 dans le monde était d'origine
nucléaire. Ce chiffre monte à 75 % en France.
La fission complète de 1 kg d'uranium 235 libère une énergie de 7 ,9.10
13 J, à
comparer aux 4,5.10
7 J libérés par la combustion totale de 1 kg de pétrole. Cette différence de concentration d'énergie (nucléaire ou chimique) explique en partie pourquoi il ne faut qu' une trentaine de tonnes d'uranium enrichi pour produire 1000 MW
d'énergie électrique par an alors qu' il faut 1,5 millions de tonnes de pétrole ou
2, 3 millions de tonnes de charbon.
Fusion. Deux noyaux légers peuvent, dans certains cas, se rapprocher suffisamment pour que l'attraction due à l' interaction forte entre nucléons dépasse la répulsion coulombienne des protons. Il en résulte un noyau plus lourd et plus stable. Le
processus est fortement exoénergétique mais nécessite des conditions de température
et de pression extrêmement sévères.
Ces conditions sont remplies au cœur des étoiles où se produisent des réactions de
fusion de l'hydrogène en hélium 3 et 4 :
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dont l'équation bilan est finalement :
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La recherche d'une fusion contrôlée de l'hydrogène est actuellement très active
(projet mondial ITER de fusion par confinement magnétique, projets américains et
français NIF et LMJ utilisant des lasers produisant des impulsions de très grande
énergie). Une maîtrise industrielle de ce type de fusion permettrait en effet de réaliser
des centrales fournissant beaucoup plus d'énergie que les centrales utilisant la fission
d'atomes (10 fois plus environ), et créant beaucoup moins de déchets radioactifs.
8.3 RADIOACTIVITÉ ET DOSIMÉTRIE
8.3.1 Loi de décroissance exponentielle
La probabilité par unité de temps qu'un noyau instable se désintègre se révèle être
une constante, appelée constante radioactive À. (unité : s- 1 ). L' inverse de À. est appelée
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