Énergie nucléaire vient de réactions nucléaires
Les réactions nucléaires se produisent lorsque des changements se produisent dans les noyaux des atomes. L'énergie impliquée dans les réactions nucléaires est de plusieurs grandeurs d'ordre plus élevé que l'énergie mise en jeu dans des réactions chimiques. L'énergie libérée dans les réactions nucléaires est due à la conversion de la masse de l'énergie et calculée sur la base de l'équation d'Einstein. Les deux principaux types de réactions nucléaires sont fission (le noyau est divisé en deux noyaux filles) et de fusion (deux noyaux fusionnent en un seul noyau).
La fission et la fusion libèrent énorme quantité d'énergie. La bombe atomique ou la bombe nucléaire est basée sur la fission, tandis qu'une bombe à hydrogène (la arme la plus destructrice jamais créée par l'homme) est basée sur la fusion.
D'autres réactions nucléaires sont désintégration (par exemple lorsque le noyau libère une ou plusieurs particules et se transformer en un noyau plus petit) et la réaction neutronique de capture.
Fission nucléaire pour produire de l'électricité
Les réacteurs nucléaires fournissent environ 15 pour cent de l'électricité du monde. Selon l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA), il y a 440 réacteurs nucléaires dans le monde à partir de 2008. Dans certains pays, les centrales nucléaires fournissent plus de 50 pour cent de la demande d'électricité, comme la France, la Suède, la Finlande et le Japon. Il y a 104 réacteurs nucléaires commerciaux aux États-Unis.
Uranium comme matière Fission
L'uranium est un élément commun et peut être trouvé dans de nombreux endroits sur Terre. L'uranium existe dans la nature comme U-238 (99,3 pour cent), U-235 (0,7 pour cent) et U-234 en une quantité extrêmement faible. U-238 est très stable avec une demi-vie de 4,5 milliards d'années. U-235 possède une propriété qui est très souhaitable que la matière de fission. Quand un noyau U-235 absorbe un neutron, il deviendra instable et divisé en deux filles instantanément. Plus important encore, une fission de l'U-235 noyau libère deux ou trois neutrons, ce qui pourrait frapper un autre U-235 noyau pour une autre réaction de fission. Étant donné que certains des neutrons de fission peuvent être absorbés par d'autres matériaux ou de l'évasion, cette chaîne de réactions va mourir s'il n'y a pas assez d'U-235.
Lorsque 1 kg de U-235 est complètement fissionné, il peut fournir jusqu'à 20 milliards de jules, ce qui est équivalent à 1.500 tonnes de charbon.
Turbines à vapeur dans une centrale nucléaire
L'uranium est transformé en barres de combustible et placé à l'intérieur du coeur du réacteur. Les tiges sont conçus et répartis pour assurer une distribution uniforme de la chaleur dans le réacteur. Depuis concentration U-235 dans les minerais d'uranium naturel est faible, l'uranium est souvent enrichi avant transformé en barres de combustible. Les crayons combustibles sont immergés dans le fluide caloporteur, qui est généralement de l'eau. D'autres types de liquides de refroidissement du réacteur comprennent l'air (CO2) et le métal liquide. Le fluide de refroidissement est chargé de retirer la chaleur des crayons combustibles. La réaction peut être contrôlée par des "barres de commande", qui peut être inséré ou retiré du noyau pour réguler les réactions en chaîne. La chaleur peut être utilisée pour faire bouillir l'eau directement, comme dans réacteurs à eau bouillante (REB) ou à la chaleur du liquide de refroidissement, qui peut ensuite être utilisée pour faire bouillir l'eau à travers un échangeur de chaleur.