Energia nucleara

L’energia nucleara o energia atomica es l'energia associada a la fòrça de coësion dels nucleons (protons e neutrons) al sen dels nuclèus atomics. Las transformacions que libèran aquela energia son las reaccions nuclearas. Aqueu fenomèn se fa naturalament dins las reaccions engendradas per la radioactivitat naturala o durant las reaccions de fusion que produson l'energia emesa per las estelas. Ça que la, existís tanben una radioactivitat artificiala qu'es constituïda per l'ensemble de las reaccions nuclearas engendradas per de manipulacions umanas. En efièch, l'energia nucleara es una font fòrça importanta d'energia. A donc d'aplicacions nombrosas coma la produccion d'electricitat dins las centralas nuclearas o la fabricacion d'armas poderosas coma las bombas atomicas.

Dins lo domeni civil, l'energia nucleara a d'atots remarcables coma la possibilitat de produire de quantitats regularas e pauc costosas d'electricitat. Tanben, aquela produccion emet pauc de gas d'efièch de sèrra. Pasmens, suscita egalament de debats important dins la societat. En efièch, produtz de descais radioactius que pòdon persistir dins l'environament pendent de sègles o de millenaris. Font de radiacions ionizantas, i forman una pollucion invisibla que favorizan l'aparicion de càncers e que, dins de cas extrèms, pòdon aver d'efièchs nocius dirèctes pels organismes vivents. La question del desvolopament de l'energia nucleara es donc sovent una question politica sensibla e complèxa.

Dins lo domeni militar, las armas nuclearas son capablas de destruire rapidament l'ensemble de las vilas importantas d'un païs. En efièch, libèran de quantitats d'energia exprimidas en quilotonas o en megatonas de TNT. Foguèron utilizadas unicament a la fin de la Segonda Guèrra Mondiala. Lor aparicion an cambiat la natura de la guèrra car un conflicte dirècte entre poténcias dotadas d'armas nuclearas es actualament quasi impossible. Las armas nuclearas son donc vengudas la basa de l'equilibri entre las grandas poténcias, mas lo manten dels arsenals es contestat dins mai d'un païs en causa de lor dangerositat e del risc de guèrra nucleara.

Segon lo contèxte d'usatge, lo tèrme d’energia nucleara a dos senses diferents^[1][2][3] :

• al nivèl microscopic, l’energia nucleara es l'energia associada a la fòrça de coesion dels nucleons, l'interaccion fòrta (protons e neutrons) al sen del nuclèu dels atòms. Las transformacions del nuclèu liberant aquela energia son nomenats reaccions nuclearas. L'interaccion flaca, ela, regís las reaccions entre particulas e neutrinos.
• al nivèl macroscopic, l'energia nucleara correspond, d’una part a l'energia liberada per las reaccions de fusion nucleara al sen de las estelas, e d’autra part als usatges civils e militars de l'energia liberada pendent las reaccions de fission o de fusion del nuclèu atomic.

1868 : primièra publicacion de la classificacion periodica de Mendeleiev.
1895 : descobèrta dels rais X per Röntgen.
1896 : descobèrta de la radioactivitat per Becquerel.
1897 : descobèrta de l'electron per Thomson.
1898 : isolament del radi e del polòni per Pierre Curie e Marie Curie.
1911 : publicacion del modèl planetari de l'atòm per Rutherford.
1924 : primièr desvolopament de la teoria quantica.
1932 : identificacion del neutron per Chadwick.
1934 : descobèrta de la radioactivitat artificiala per Frédéric e Irène Joliot-Curie.
1938 : la fusion nucleara es identificada pel primièr còp coma la font de l'energia de las estelas.
1938 : descobèrta de la fission nucleara per Hahn e Strassmann.
1942 : primièr reactor nuclear operacional.
1945 : primièra arma nucleara operacionala.
1953 : primièra descripcion de las reaccions de fusion a l'origina de l'energia solara.
1954 : inauguracion de la primièra centrala nucleara civila.
1986 : accident de Chornobil.
2007 : començament de la construccion d'ITER, reactor de fusion experimental bastit a Cadaracha.
2011 : accident de Fukushima.

L’energia nucleara es producha pels nuclèus dels atòms que subisson de transformacions ; son las reaccions nuclearas. Aqueles repairaraments nuclears conduson a de configuracions pus establas, lo diferencial d’energia (correspondent al diferencial de massa) constituís alara l’energia liberada per la reaccion. Las aplicacions de l'energia nucleara utilizan aquela energia. Las reaccions nuclearas a la basa de las diferentas aplicacions son :

La radioactivitat es un fenomèn fisic naturau caracterizat per la transformacion espontanèa de nuclèus atomics instables en nuclèus mai estables^[4]. Aqueu mecanisme emet d'energia sota forma de particulas e de radiacions capablas de penetrar dins la matèria^[5], d'ionizar l'aire, d'impressionar de placas fotograficas e d'excitar la fluorescéncia de mai d'una substància. Lei fenomèns radioactius son fòrça divèrs. Son generalament classats en foncion de las particulas e de las radiacions emesas^[5]. Dins lo domeni del nuclear civil e militar, los mai importants son la fission nucleara e la fusion nucleara.

Un còrs radioactiu emet naturalament un flux lentament descreissent de calor^[6]. Aquela calor se pòt utilizar per generar d'electricitat per de pichons generators, los generators termoelectrics de radioisotòp. Aquela aplicacion es fòrça cara, e delicata per utilizar a causa del fòrt environament radioactiu. Es doncas utilizada solament que per de pichonas poténcias, par exemple per progit en energia una sonda espaciala que s'alunha del Solelh, e que pòt pas mai utilizar las placas solaras fotovoltaïcas^[7].

Quand un neutron percutís lo nuclèu de qualques isotòps pesucs, existís una probabilitat que lo nuclèu tustat se partege en dos nuclèus mai leugièrs^[8]. Aquela reaccion, que se nomena fission nucleara, se tradutz per una emission d'energia fòrça importanta (gaireben 200 MeV per eveniment, a comparar a las energias de las reaccions quimicas, gaireben 1 MeV^[9]).

Aquela fission s’acompanha de l'emission de plusors neutrons que, segon las condicions, percutisson d’autres nuclèus e atal provòcan una reaccion en cadena^[10]. Dins un reactor nuclear, aquela reaccion en cadena se passa a una velocitat lenta e contrarotlada. Dins una bomba nucleara, se propaga tant rapidament que mena a una reaccion explosiva.

L'importància de l’energia emesa dins la fission ven del fach que l’energia de ligason per nucleon del nuclèu inicial es mai flac qu'aquela dels nuclèus produsits (gaireben 7,7 MeV per nucleon pels elements pesucs, contra 8,8 pel fèrre). La pus granda partida de l'energia se transforma en energia cinetica qu'es veïcula pels neutrons e pels nuclèus filhs, energia recuperada coma calor dins los reactors.

La fusion nucleara es una reaccion ont dos nuclèus atomics s’assemblan per formar un nuclèu pus pesuc^[11][12]. Per exemple, un nuclèu de deutèri e un nuclèu de triti se jonhon per formar un nuclèu d’èli e emetre un neutron e d'energia^[13]. La fusion dels nuclèus leugièrs emet una enòrma quantitat d’energia venent de l’interaccion fòrta, fòrça mai importanta que la repulsion electroestatica entre los constituents dels nuclèus leugièrs. En efièch, aquò se tradutz per una manca de massa, lo nuclèu resultant avent una massa mens elevada que la soma de las massas dels nuclèus d’origina.

Aquela reaccion es possibla pas qu'a de temperaturas fòrça nautas (mai de dètz milions de grases Celsius) ont la matèria es dins l’estat de plasma. Aquelas condicions son acampadas al sen de las estelas o pendent l’explosion d’una bomba de fission nucleara, que atal amorça l’explosion termonucleara (bomba H)^[13].

A l'ora d'ara, pas cap d'aparelhatge permet de produire d'energia tot en contrarotlant las reaccions de fusion nucleara^[14]. Se contunhan las recèrcas per obtenir un plasma pendent una durada sufisenta, per que l'energia de fusion producha siá superiora a aquela investida dins lo calfatge de las particulas. E se fan de recèrcas dins lo quadre internacional per desvolopar l’usatge civil de l’energia de fusion nucleara per la produccion electrica.

Las aplicacions de l’energia nucleara concernisson, subretot, dos domenis:

• la produccion d’electricitat dins de centralas nuclearas.
• la propulsion navala (subretot per las flòtas militaras, dins los sosmarins e los pòrta-avions).

Las reaccions de fission nucleara i son amorçadas, moderadas e contrarotladas dins lo còr : assemblatge de combustible e de barras de contraròtle traversat per un fluide caloportador que n'extrai la calor. Aquela calor es aprèp convertida en energia electrica (o en energia motritz dins lo cas de propulsion navala) per l'intermediari de turbinas^[15][16].

Una autra aplicacion es la produccion d’isotòps radioactius utilizats dins l’industria (radiografia de sòudadura per exemple) e en medecina (medecina nucleara e radioterapia). D’autras utilizacions foguèron imaginadas, e quitament experimentadas, coma la produccion de calor per provesir un malhum de calfatfge, lo dessalatge de l’aiga de mar o la produccion d’idrogèn.

La part de l'electricitat nucleara dins la produccion d'electricitat totala es de 14 % en 2009. Lo país comptant lo pus grand nombre de centralas nuclearas es los Estats Units d'America (104 reactors nuclears per una poténcia de 99 GW), puèi França (59 reactors nuclears per una poténcia de 63 GW). En proporcion, Lituània es lo segond país per l'importància de l'energia nucleara, amb 69,6 % de son electricitat producha a partir del nuclear segon l’AIEA, França venent en primièra posicion amb 78 % de son electricitat producha a partir del nuclear^[17]. La produccion d'energia nucleara en China foguèt en progression rapida a partir de la mitat dels ans 2000. En 2004, foguèt de 50 TWh^[18]. Actualament dispausa de 13 reactors d'una poténcia de 10,8 GW per aténher 40 GW en 2020.

Los pus grands productors d'electricitat nucleara en 2009^[19]

País	Produccion (TWh)	Poténcia installada (GW)	Part de l'electricitat nucleara dins la produccion d'electricitat totala (%)
Estats Units d'America	798,7	101 163	20,2
França	391,7	63 236	78
Japon	263,1	47 348	28,9
Russia	152,8	23 084	17,8
Alemanha	127,7	20 339	26,1
Corèa del Sud	141,1	17 716	34,8
Ucraïna	77,9	13 168	48,6
Canadà	85,3	12 679	14,8
Reialme Unit	62,9	11 035	17,9
Suècia	50,0	9 399	34,7
China	70,1	8 587	1,9
Espanha	50,6	7 448	17,5
Belgica	45	5 943	51,7
Total mondial	2 560	374 690	14

Las naus de propulsion nucleara utilizan un o mai reactors nuclears^[20]. La calor producha es transmesa a un fluide caloportaire utilizat per engendrar de vapor d’aiga movent :

• de turbinas apariadas a las elices de propulsion (propulsion de vapor);
• de turbinas apariadas als alternators alimentant en energia electrica tota la nau, e eventualament los motors electrics de propulsion (propulsion electrica).

Gaireben 400 naus de propulsion nucleara existisson dins lo monde, majoritàriament militaras, subretot de sosmarins, mas tanben de pòrta-avions e de crosaires, e qualques naus civilas (trencaglaç^[21][22]). De naviris mercants nuclears foguèron tanben experimentats dins los ans 1960 e 1970 (l’american NS Savannah, l’alemand Otto Hahn e le japonés Mutsu), mas lor espleita èra pas rendabla^[23].

Los còstes d'investiment e d'expleitacion de la propulsion nucleara son importants, aquò la fa pas interessanta per una utilizacion civila^[20]. Es vertadièrament interessanta pels usatges militars, e subretot pels sosmarins. Aquela energia permet:

• una fòrça granda autonomia e atal d’evitar la constrencha del provesiment en combustible (retorn a un port o provesiment en mar). Suls portavions, l’espaci liberat per l'abséncia de sota pel combustible, permet de consacrar mai de volum a l'estocatge del carburant e de las municions dels aeronaus;
• una propulsion totalament independenta de l’atmosfèra;
  • alara que los sosmarins classics devon tornar a la superfícia per alimentar los motors Diesel en aire e tanben recargar lors batariás electricas, aprèp qualques desenas d’oras de plonjada pels motors electrics, aquò los rendent detectables e vulnerables, los sosmarins de propulsion nucleara pòdon demorar plusors meses en plonjada,
  • Pòdon tanben sostenir dins la durada de velocitats importantas en plonjada.

Qualques naus espaciala coma Voyager emportèron ja de generators nuclears per alimentar lor sistèma electronic. Pasmens, la propulsion nucleara, que siá possible, foguèt pas encara ensajada. Auriá l'avantatge de produire una pojada, plan segur flaca, mas continua pendent tot lo viatge, alara que las naus actualas - levat aquelas utilizant l'energia solara e los motors ionics – pòdon produire solament una pujada iniciala, o qualques ajustaments de trajectòria, a causa de la pichona contenéncia de lors sèrvas.

La poténcia de l'energia nucleara es dins aquel cas utilizada dins las bombas. Las poténcias de las bombas nuclearas van de la quilotona a la megatona d’equivalent TNT. L’energia d’una explosion nucleara se repartís subretot dins l’efèit de buf (onda de tust), l’efèit termic, l’efèit d’impulsion electromagnetic e las radiacions^[24][25].

Las armas nuclearas son de dos tipes^[24][25] :

• las armas de fission o « bombas A » : utilizan l’urani enriquesit o lo plutòni, mes en condicion critica per implosion jos l'efèit d’un explosiu classic;
• las armas de fusion, bombas termonuclearas o « bombas H ». Las condicions de temperatura e de pression necessàrias a la reaccion de fusion d’isotòps d’idrogèn (deutèri e triti) se dona per l’explosion d’una « amorça » constituida per una bomba de fission al plutòni.

La bomba de neutrons es una varianta de bomba termonucleara concebuda per maximizar la part de l'energia emesa jos forma de neutrons^[26]. Es supausada de destruire las formas de vida a l'entorn de la cibla, tot en provocant un minimum de damatges materials. Suscitèt un certan interès durant la Guèrra Freja, mas los ensags mostrèron una eficacitat limitada e sonque quauquas desenas d'ogivas intrèron en servici, mai que mai dins las fòrças americanas. Foguèron desmanteladas dins los ans 1990.

Pendent la Guèrra Freja, i aguèt quauques projèctes de bombas nuclearas utilizadas per d'aplicacions civilas. Los mai importants foguèron los programas Plowshare (Estats Units)^[27] e Explosions nuclearas per l'economia nacionala (URSS)^[28]. L'objectiu èra d'utilizar la poténcia d'una explosion nucleara per terrassar rapidament una zòna, obrir de minas, de canals o de lacs, estimular de potz de petròli o de gas natural, atudar d'incendis gigants, crear de cavitats sosterranhs per estocar de descais toxics o estudiar la composicion de la crosta terrèstra. Totun, la màger part de las experiéncias entraïnèron de pollucions radioactivas grèvas. Lo lac Chagan, un lac artificial creat per una explosion de 140 kt en Cazacstan en 1965, es l'ensag pus conegut. En 2024, son aiga èra totjorn radioactiva.

Pendent la Segonda Guèrra Mondiala, la produccion d'armas atomicas foguèt la principala eissida de l'industria nucleara. Dempuèi los ans 1970, aquela industria tanben produsís d'energia^[29].

En comparason amb d'autras fonts d'energia, la nucleara demanda d'investiments inicials fòrça importants, mas aprofiècha d'un còst d'expleitacion mendre per quilowatt produsit^[30], condusent a un flac taus de rendabilitat intèrne: l'investiment dins lo nuclear se deu far dins una politica de cors fòrça long^[31]. Aquela expleitacion se fa per de desena d'annadas. Lo còst de l'energia nucleara depend fòrtament de la durada ont l'investiment inicial es amortit, e la prolongacion eventuala de lor expleitacion constituís un enjòc economic fòrça important^[32],[33].

Lo còst del combustible nuclear es subretot degut a l'enriquiment de l'urani e a la fabricacion dels elements combustibles, que demandan una tecnologia pro complèxa^[34][35]. La part del mineral d'urani dins lo còst de l'energia es flac comparada a aquel de las energias fossils: l'energia nucleara es d'esperela la font d'una activitat industriala especializada. Pels païses que mestrejan l'ensemble del cicle del combustible nuclear, l'energia nucleara permet una independéncia energetica nacionala^[36].

La produccion d'energia nucleara es una activitat de nauta tecnologia, e que demanda un contraròtle rigorós e permanent^[37]. Aquel contraròtle se fa per las autoritats de seguretat nacionalas (Autoritat de Seguretat Nucleara en França) o internacionalas (Euratom en Euròpa o AIEA (Agencia de la ONU)).

Las aplicacions civilas de l'energia nucleara fan controvèrsia en rason:

• dels risques d’accident nuclear sul reactor nuclear o pendent lo cicle del combustible;
• de problèmas non resolguts ligats a la gestion a tèrme fòrça long dels descais radioactius;
• del risc de la proliferacion nucleara;
• del risc del terrorisme nuclear pel destornament de matèria radioactiva per l’utilizar coma toxic o per fabricar una « bomba radiologica », o per l’ataca dirècta d’un reactor;
• del còst economic de la cadena de produccion de l'electricitat nucleara, de l’extraccion dels minerals fins a la gestion dels descais. La construccion de centralas novèlas en Grand Bretanha costariá 44 £ (48 €) de mai per an per cada contribuable anglés^[38] ;
• de fonts en combustibles fòrça limitadas (levat pels subregenrators, de tipe Superphénix). Aquela fonts son disponiblas dins de perspectivas comparablas a las fonts de petròli e de gas (prèp de 60 ans per una consomacion constanta).

Los partisans de l'energia nucleara avançan d'autres arguments:

• las fonts potencialas (rusca terrèstra, aiga de mar) serián pus elevadas que las fonts existissent pels combustibles carbonats (carbon, gas, petròli), per la filièra de generacion IV permetent la subregeneracion, las filièras utilizant lo tòri, o las centralas de fusion. Los partisans de l'energia nucleara afirman que poirián alimentar la planeta pendent mai de mila ans ;
• las filièras nuclearas produsent pauc de dioxid de carbòni qu'es un gas d'efèit de sèrre, e seriá doncas obligatòri per lutar contra lo rescalfament climatic.

Los risques e los còstes son pas avalorats del meteis biais pels partisans e los adversaris del nuclear, fan controvèrsia tanben l’utilitat de las aplicacions nuclearas civilas e militaras, en particular de la produccion d’electricitat nucleara e de l'oportunitat d’una sortida del nuclear civil.

• los Estats Unis d'America, l’Union Europèa, Russia, Japon, China e la Corèa del Sud se reüniguèron pel projècte ITER, programa d’estudi de tèrme long de la fusion nucleara contrarotlada. Aquel projècte de recèrca a per objectiu la construccion e l’expleitacion experimentala d’un tokamak de grandas dimensions. Lo reactor serà construit a Cadaracha (Sant Pau de Durença, Bocas de Ròse)^[39][40].
• d'estudis son menats sul desvolopament de novèlas filièras de reactors nuclears de fission. La planificacion d'aquel programa internacional prevei la mesa en servici industrial d'aqueles reactors per 2030-2040.
• l’estudi del cicle del tòri es en cors ; aquel poirà suplantar l’urani uèi utilizat, perque las sèrvas de tòri son pus importantas qu'aquelas d'urani. Pasmens, lo tòri natural es compausat a 100 % de l’isotòp 232 qu'es pas fissil mas fertil (coma l’urani 238). Son utilizacion demanda doncas lo desvolopament de reactors subregenerators e de procèssus quimics de tractament del combustible usat eissit d'aquelas installacions.

• (fr) Jaime Semprun, La Nucléarisation du monde, éditions Gérard Lebovici, 1986, ISBN|2-85184-172-6
• (fr) Arnaud Michon, Le Sens du vent : Notes sur la nucléarisation de la France au temps des illusions renouvelables, éditions de l'Encyclopédie des Nuisances, 2010.
• (fr) Thierry Garcin, Le Nucléaire aujourd’hui, Paris : LGDJ, coll. « Axes », 1995.
• (fr) Géopolitique n° 52 (numéro spécial), Le nucléaire : un atout maître, hiver 1995-1996.
• (fr)Mary Byrd Davis, La France nucléaire : matière et sites (2002), 340 p., format 21,9×15 cm. [1]
• (fr) Annie Thébaud-Mony, L’Industrie nucléaire : sous-traitance et servitude, éd. EDK et Inserm
• (fr) Claude Dubout, Je suis décontamineur dans le nucléaire, éd. Paulo-Ramand

Modèl:Portal energia
• Portal de la fisica