1. Équivalence masse-énergie :
Selon la célèbre équation d'Einstein, E =mc^2, la masse et l'énergie sont équivalentes et une petite quantité de masse peut être convertie en une grande quantité d'énergie. Dans les réactions nucléaires, lorsque les noyaux atomiques se combinent ou se divisent, la masse totale du système change légèrement. Cette différence de masse est libérée sous forme d’énergie, selon le principe d’équivalence masse-énergie.
2. Énergie de liaison :
Les noyaux atomiques sont maintenus ensemble par la force nucléaire puissante, qui est bien plus puissante que la force électromagnétique qui lie les électrons au noyau. Cependant, la force forte est de courte portée et s’affaiblit à mesure que le nombre de protons dans un noyau augmente. En conséquence, les noyaux plus lourds sont moins stables et ont une énergie de liaison par nucléon inférieure à celle des noyaux plus légers.
3. Fission nucléaire :
Lors de la fission nucléaire, un noyau lourd, tel que l'uranium 235 ou le plutonium 239, se divise en deux ou plusieurs noyaux plus petits. Ce processus libère une quantité importante d’énergie car l’énergie de liaison totale des noyaux plus petits est supérieure à celle du noyau d’origine plus lourd. La différence d'énergie est libérée sous forme d'énergie cinétique des produits de fission et des neutrons.
4. Fusion Nucléaire :
La fusion nucléaire est le processus de combinaison de deux ou plusieurs noyaux légers en un noyau plus lourd. Ce processus libère également une quantité importante d’énergie car l’énergie de liaison totale du noyau le plus lourd est supérieure à celle des noyaux les plus légers. Les réactions de fusion sont la source d’énergie des étoiles, y compris notre Soleil.
5. Réactions en chaîne :
Dans les réactions de fission et de fusion, des réactions en chaîne peuvent se produire, entraînant la libération d’une énorme énergie. Dans les réactions de fission, les neutrons produits lors du processus de fission peuvent diviser d’autres noyaux fissiles, créant ainsi une réaction en chaîne auto-entretenue. Dans les réactions de fusion, les produits à haute énergie d'une réaction de fusion peuvent déclencher des réactions de fusion ultérieures, entraînant une libération d'énergie soutenue.
L’énergie libérée lors des réactions nucléaires est plusieurs fois supérieure à celle libérée lors des réactions chimiques. En effet, les réactions nucléaires impliquent des changements dans la structure des noyaux atomiques, tandis que les réactions chimiques impliquent des changements dans la disposition des électrons. La force nucléaire forte est beaucoup plus puissante que la force électromagnétique, ce qui entraîne la libération de beaucoup plus d'énergie lors des réactions nucléaires.
Le potentiel de libération énorme d’énergie dans les réactions nucléaires a conduit au développement de centrales nucléaires, qui utilisent des réactions en chaîne de fission nucléaire contrôlées pour produire de l’électricité. La fusion nucléaire en est encore au stade expérimental, mais elle a le potentiel de fournir une source pratiquement illimitée d’énergie propre et sûre.
