| Fission et réaction nucléaire
Parmi les atomes présents dans la nature, l'atome d'Uranium 235 possède une propriété particulière : son noyau peut se briser en deux fragments sous l'impact d'un neutron. On dit qu'il subit une fission. L'énergie de liaison , qui assure la cohésion des protons et des neutrons au sein du noyau, se trouve ainsi libérée. La libération de cette énergie nucléaire se traduit par un dégagement de chaleur.
Fission : sous l'impact d'un neutron (1) le noyau d'uranium (2) se scinde en deux fragments (3) et libère deux ou trois neutrons (4).
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En se brisant, le noyau de l'atome d'Uranium 235 expulse deux ou trois neutrons. Ceux ci pourront à leur tour aller briser d'autres noyaux qui expulseront d'autres neutrons…et ainsi de suite, dans une réaction en chaîne capable de dégager de grandes quantités d'énergie et de chaleur.
C'est grâce à la chaleur ainsi produite que les centrales nucléaires fabriquent l'électricité.
Représentation schématique de la réaction en chaîne.
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1 gramme d'Uranium 235…
fournit autant d'énergie que le combustible de 2,4 tonnes de charbon ou 1,6 tonne de pétrole. |
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Des atomes fissiles en quantité suffisante et agencés selon une géométrie particulière peuvent donner lieu à une réaction en chaîne se propageant si rapidement qu'elle conduit à une réaction explosive. C'est le cas des engins militaires. Dans les centrales nucléaires, la proportion beaucoup plus faible de matière fissile rend impossible toute réaction explosive ; des dispositifs de régulation appropriés permettent de contrôler la réaction en chaîne et d'obtenir un dégagement d'énergie continu et prédéterminé.
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Le plutonium aussi…
Engendré principalement lors de la fission de l'uranium, le plutonium est lui aussi capable de fission et de réaction en chaîne.
Comme l'uranium il peut être utilisé en tant que source de production d'énergie. |
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La Fission :
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| La Fission |
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Remerciemments au CEA pour cette animation. |
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| La réaction en chaine |
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Remerciemments au CEA pour cette animation. |
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C.2 : POUR ALLER PLUS LOIN : Fonctionnement d'une centrale nucleaire : utilisation de la réaction de fission :
Le processus de production d'électricité :
Dans les centrales nucléaires qui relèvent de la filière dite "à eau sous pression"- la production d'électricité s'effectue selon le processus suivant :
Le circuit primaire
L'uranium, légèrement "enrichi" dans sa variété -ou "isotope"- 235 est conditionné sous forme de petites pastilles. Celles-ci sont empilées dans des gaines métalliques étanches réunies en assemblages. Placés dans une cuve en acier remplie d'eau, ces assemblages forment le coeur du réacteur. Ils sont le siège de la réaction en chaîne, qui les porte à haute température. L'eau de la cuve s'échauffe à leur contact (plus de 300°C). Elle est maintenue sous pression, ce qui empêche l'eau de bouillir, et circule dans un circuit fermé appelé circuit primaire
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"crayons" de combustible contenant l'uranium.
Le circuit secondaire
Par l'intermédiaire d'un générateur de vapeur, le circuit primaire communique sa chaleur à l'eau circulant dans un autre circuit fermé, le circuit secondaire. Le générateur de vapeur est un assemblage de plusieurs milliers de tubes en forme de U à l'intérieur desquels pénètre l'eau chaude du circuit primaire. Ces tubes baignent dans l'eau du circuit secondaire qui bout à leur contact et se transforme en vapeur.
La pression de cette vapeur fait tourner la turbine à laquelle est couplé l'alternateur qui génère l'électricité. Au sortir de la turbine, la vapeur est refroidie, retransformée en eau et renvoyée dans le générateur de vapeur.
L'ensemble du circuit primaire, y compris les générateurs de vapeur (on en compte trois ou quatre reliés à la cuve) est enfermé dans une enceinte étanche en béton : le bâtiment réacteur. Ce cylindre mesure environ 50 mètres de diamètre et de plus de 75 mètres de hauteur avec son dôme. Le groupe turbine-alternateur, qui constitue la partie "classique" d'une centrale nucléaire est aménagé dans un bâtiment attenant appelé salle des machines.
Le circuit de refroidissement
Pour que le système fonctionne en continu, il faut assurer son refroidissement. C'est le but d'un troisième circuit indépendant des deux autres, le circuit de refroidissement. Sa fonction est de condenser la vapeur sortant de la turbine. Pour cela est aménagé un condenseur, appareil formé de milliers de tubes dans lesquels circule de l'eau froide prélevée à une source extérieure : rivière ou mer. Au contact de ces tubes, la vapeur se condense pour se retransformer en eau.
Quant à l'eau du condenseur, elle est rejetée, légèrement échauffée, à la source d'où elle provient. Si le débit de la rivière est trop faible, ou si l'on veut limiter son échauffement, on utilise des tours de refroidissement, ou aéroréfrigérants. L'eau échauffée provenant du condenseur, répartie à la base de la tour, est refroidie par le courant d'air qui monte dans la tour. L'essentiel de cette eau retourne vers le condenseur, une petite partie s'évapore dans l'atmosphère, ce qui provoque ces panaches blancs caractéristiques des centrales nucléaires.
schéma bilan.
Légende :
1. circuit primaire.
2. circuit secondaire.
3.circuit de refroidissement.
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