La fusion nucléaire

On sait reproduire sur une petite échelle, dans un cyclotron par exemple, les réactions nucléaires qui donnent sa chaleur au soleil. Dans un cyclotron, on accélère les noyaux d’atomes légers grâce à un champ électrique qui leur confère des vitesses très élevées. Leur énergie se mesure en millions d’électrons-volts (Mev). Cette unité correspond à l’énergie acquise par un électron ou un proton, c’est-à-dire par toute particule qui n’a qu’une seule charge, lorsqu’elle passe dans un champ électrique d’un million de volts. On dirige un faisceau de ces particules vers une cible afin de déclencher une réaction entre les noyaux de ce faisceau et ceux de la cible.

Le tableau ci-joint montre certaines des réactions de fusion que les spécialistes de physique nucléaire ont étudiées en laboratoire. Dans chacun des cas, l’une des particules qui figurent avant la flèche se trouve dans une cible, et l’autre particule la percute à très grande vitesse. Par exemple, dans la première réaction du tableau: le noyau d’un atome d’hydrogène en percute un autre, se fond avec lui et rejette un électron positif ou positon. La perte de masse correspondante est convertie en énergie, comme l’indique la célèbre formule d’Einstein E = mc⁠². Il s’ensuit que les particules formées ont plus d’énergie, que celles qui ont fusionné. Dans le cas présent, l’énergie s’élève à 2 millions d’électrons-volts.

À titre de comparaison, quand on brûle du charbon, l’oxydation du carbone ne libère que quatre électrons-volts. Dans les réactions nucléaires, les énergies mises en œuvre sont des millions de fois supérieures à celles des réactions chimiques.

On pense que les trois premières réactions qui figurent sur le tableau sont les principales réactions qui ont lieu sur le soleil. Parmi celles qui restent, certaines sont plus faciles à réaliser en laboratoire. Vous noterez que dans les réactions 3, 5 et 6, qui produisent de l’hélium-4, le gain d’énergie est nettement supérieur. Ceci provient de l’intensité des forces de liaison qui unissent deux protons et deux neutrons. L’hélium (He⁴) est un élément très stable.

[Schéma, page 20]

(Voir la publication)

H¹ PROTON MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION

n¹ NEUTRON DU NOYAU

H¹ HYDROGÈNE

H² DEUTÉRIUM ISOTOPE DE L’HYDROGÈNE

H³ TRITIUM

He³ ISOTOPES DE L’HÉLIUM

He⁴

ÉNERGIE DES RÉACTIONS DE FUSION

Dans le soleil:

(1) H¹ + H¹ → H² + e⁺ 2.0 Mev

(2) H¹ + H² → He³ 5.5 Mev

(3) He³ + He³ → He⁴ + H¹ + H¹ 12.9 Mev

Autres réactions

(4) H² + H² → He³ + n¹ 3.2 Mev

→ H³ + n¹ 4.0 Mev

(5) H² + H³ → He⁴ + n¹ 17.6 Mev

(6) H² + He³ → He⁴ + H¹ 18.3 Mev