Fission nucléaire — Nuclear fission
Cours bilingue (FR / EN) — Pastel theme • Exercices • SVG
FR — Niveau : lycée / début université

Qu'est-ce que la fission nucléaire ?

La fission nucléaire est le processus par lequel un noyau atomique lourd (par exemple l'uranium-235) se scinde en deux noyaux plus légers, libérant des neutrons et une grande quantité d'énergie. Cette énergie provient de la différence de masse entre les produits et le noyau initial (relation E = mc²).

n U-235 Kr Ba

Mécanisme

  1. Un neutron rapide ou thermique frappe un noyau fissile (ex. U-235).
  2. Le noyau absorbe le neutron et devient instable (ex. U-236*).
  3. Le noyau se scinde en deux fragments, libérant 2 à 3 neutrons et énergie (rayonnement, chaleur).
  4. Les neutrons libérés peuvent provoquer d'autres fissions : réaction en chaîne.

Applications

Production d'électricité (réacteurs nucléaires), propulsion navale, et usages militaires (armes nucléaires).

Exercices

Ex. 1 — Calcul d'énergie

Supposons qu'une fission libère une énergie équivalente à une perte de masse de 0,2 u (unité de masse atomique). Calculez l'énergie libérée en joules (1 u = 1.6605×10⁻²⁷ kg, c = 3.00×10⁸ m/s).

Δm = 0,2 × 1.6605×10⁻²⁷ = 3.321×10⁻²8 kg. E = Δm c² = 3.321e-28 × (3.00e8)² = 2.989e-11 J (≈ 3.0×10⁻¹¹ J).

Ex. 2 — Réaction en chaîne

Si chaque fission libère en moyenne 2,5 neutrons, quel est le critère pour que la réaction soit soutenue ?

Pour qu'une réaction en chaîne soit soutenue, en moyenne ≥ 1 neutron par fission doit provoquer une nouvelle fission (multiplication efficace k ≥ 1). Les pertes (absorption non fissile, fuite) doivent être compensées.

EN — Level: high school / early university

What is nuclear fission?

Nuclear fission is the process in which a heavy atomic nucleus (for example uranium-235) splits into two lighter nuclei, releasing neutrons and a large amount of energy. This energy comes from the mass difference between the initial nucleus and the products (E = mc²).

n Fission

Mechanism

  1. A neutron hits a fissile nucleus (e.g. U-235).
  2. The nucleus absorbs the neutron and becomes unstable (e.g. U-236*).
  3. The nucleus splits into two fragments, emitting 2–3 neutrons and energy (radiation and heat).
  4. Emitted neutrons can cause further fissions: chain reaction.

Applications

Electricity production (nuclear power plants), naval propulsion, and military uses (nuclear weapons).

Exercises

Ex. 1 — Energy calculation

Assume a fission releases energy equivalent to a mass loss of 0.2 u (atomic mass units). Compute the energy released in joules (1 u = 1.6605×10⁻²⁷ kg, c = 3.00×10⁸ m/s).

Δm = 0.2 × 1.6605×10⁻²⁷ = 3.321×10⁻²8 kg. E = Δm c² = 3.321e-28 × (3.00e8)² = 2.989e-11 J (~3.0×10⁻¹¹ J).

Ex. 2 — Chain reaction

If each fission emits on average 2.5 neutrons, what is the criterion for the chain reaction to be sustained?

For a sustained chain reaction, on average ≥ 1 neutron per fission must cause another fission (effective multiplication factor k ≥ 1). Losses (non-fissile absorption, leakage) must be compensated.