Lorsque l’on parle de réactifs nucléaires, il faut discerner ceux utilisés pour la fission nucléaire et ceux pour la fusion nucléaire : ces réactions étant différentes, leurs réactifs le sont également. En effet la fission consomme plutôt des réactifs lourd et instable tel que l’uranium, tandis que la fusion est établie grâce à deux noyaux légers : le deutérium et le tritium.

 

- Abondance, situation de l’Uranium…

L’utilisation de la fission est réservé aux centrales électriques (nucléaires) et aux bombes A qui consomment tout deux de l’uranium, réactif le plus courant. Ce métal lourd et de couleur grise peut être trouvé à l’état naturel. Il est extrait du sous sol qui en contient près de 4millions de tonnes d’après les estimations. A noter que c’est mille fois plus que l’or. En France, les gisements de ce minerai sont principalement situés dans les massifs anciens, cependant les sites d’extraction sont abandonnés depuis 2001. Les centrales françaises sont alimentées aujourd’hui grâce au Canada, grand producteur et exportateur d’uranium. 

 

- sa composition 

Composé de près de 99,3% d’atome d’uranium (238U) et de 0,7 % d'uranium-235, ce métal, dit « naturel » dans ces proportions, ne peut pas être directement exploité pour la fission. En effet c’est l’isotope, présent en plus petite quantité, qui facilite le démarrage de la réaction en raison d’une instabilité plus importante. Dans les centrales nucléaires, il est nécessaire d’enrichir ce métal naturel. L’enrichissement a pour but d’ajouter des atomes d’uranium 235 afin qu’il constituent 3% de la matière fissible. Cependant dans une bombe atomique, seul l’isotope (U-235) est présent afin d’accélérer la réaction et plus précisément accumuler plus rapidement des neutrons.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- Ses caractéristiques 

L’uranium, de numéro atomique 92, fait partie de la famille des actinides. Ce nom provient de l’actinium, métal lourd possédant des propriétés chimiques similaires à l’uranium d’après le tableau de Mendeleïev. 

Le problème majeur de ces atomes est qu’ils ont une durée de vie très importante malgré leur instabilité. En effet la période de l’uranium 235, c’est-à-dire le temps nécessaire pour que la moitié d’un échantillon de ce noyau se désintègre naturellement (également appelée demi-vie), est d’environ 700 millions d'années et celle de l’uranium 238 est de 4,5 milliards d’années. 

La désintégration étant la transformation spontanée d’un atome instable en un autre plus stable qui est radioactif ou non. Cela explique en parie les proportions réduites de certains isotopes de ces atomes. 

Cette longue durée de vie est couplée avec la radioactivité qui varie selon   les isotopes de l’uranium. Cependant, contrairement à ce que l’on peut pensé, ces noyaux sont peu radioactif. Ils émettent tout de même des rayonnements, principalement, alpha et gamma lorsqu’ils se désintègrent. 

 

- La radioactivité gamma est la désexcitation des noyaux, résultant de la désintégration, qui cherchent à dissiper leur excédant d’énergie. Les propriétés de la matière définissent plusieurs états pour n’importe quels atomes, notamment des états d’excitation. 

On parle d’un noyau excité lorsque celui-ci contient plus d’énergie que son état fondamental. Les atomes cherchant toujours à rester dans leur état fondamentale, ils se désexciter spontanément pour atteindre cet état. Ce phénomène se traduit par la diffusion d’énergie qui se propage, d’après Einstein, par paquet (les photons). Cette énergie forme un rayonnement électromagnétique. La différence avec les noyaux instables est la fréquence du rayonnement émit qui est très élevé et donne un rayonnement ultra-violet.   

 

 

 

 

- la radioactivité alpha est l’expulsion de deux protons et de deux neutrons, c’est-à-dire un noyau d’hélium à très grande vitesse. Ce type de radioactivité est issu d’un excès de nucléons dans le noyau et à pour bute de rendre le noyau plus stable.     

 

 

- Qu’est ce que le Deutérium et le Tritium ?

Ces deux éléments sont des isotopes de l’hydrogène, principalement sous forme de gaz à température ambiante. Le noyau de deutérium possède un neutron de plus et celui de Tritium en détient deux de plus que le noyau d’hydrogène. A noter que ces différences influent sur la masse et donc le poids. En effet le deutérium et le tritium sont respectivement deux et trois fois plus lourd que l’hydrogène. Cependant, la présence de neutrons supplémentaires n’altère pas le comportement de l’unique électron ni les propriétés chimiques (valence, température de fusion et ébullition etc.) des noyau.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bleu : proton ; rose : neutron ; rouge : électron

 

- abondance et caractéristique particulière de ces isotopes  

Le deutérium noter D ou encore 2H est un atome assez rare.  Sa forme la plus abondante sur terre et dans l’univers est le deutérure d’hydrogène, c’est à dire un atome de protium (autre isotope de l’hydrogène) lier à un atome de deutérium. Ses proportions dans l’eau de mer sont d’environ 32,4g/m3. Il existe également de l’eau contenant du deutérium, elle est alors appelée eau lourde. Cette eau peu être « lourde », si l’oxygène est fixé à deux atome de deutérium, ou « demi-lourde », si seul un atome d’hydrogène est remplacé par du deutérium. De plus cette eau est légèrement plus dense et plus visqueuse (à cause de la masse du deutérium) que l’eau « ordinaire ». Grace à cette eau lourde, on extrait le deutérium qui servira pour la fusion nucléaire. 

 

Le tritium noter T ou 3H est un atome instable. Sur terre, il est encore plus rare que le deutérium on dit qu’il est sous frome de trace. En effet,  il est produit naturellement par les réactions nucléaire dans la haute atmosphère, entre les atomes d’azote, d’oxygène et le rayonnement cosmique, en faible quantité. La production est alors transformée à 99% en eau tritiée (eau dont un des atome d’hydrogène est remplacé par du tritium : HTO) qui est la forme la plus courante du tritium. Cette eau tritiée est ensuite intégré au cycle naturelle de l’eau : pluie, court d’eau, évaporation etc.  

Le tritium est aussi produit de manière artificielle, principalement à cause du traitement des déchets radioactifs. Le problème du Tritium est sa radioactivité de type beta(-).

- Les rayonnements beta moins proviennent des atomes qui possèdent un nombre trop important de neutron et/ou de proton. Le noyau cherche donc à devenir stable. Pour y parvenir, un antineutrino électronique est expulsé ce qui effectue une transformation sur les nucléons: un neutron devient un proton. La charge générale du noyau est alors positive mais un atome étant neutre, un électron est rejeté par les forces électromagnétiques. Le noyau de tritium devient donc un noyau d’hélium 3.