Un noyau peut spontanément se transformer selon trois processus radioactifs : \alpha, \beta^{-} et \beta^{+}. Les réactions \alpha et \beta^{-} sont naturelles (les isotopes sont dans la nature), la réaction \beta^{+} est artificielle (les isotopes sont produits en laboratoire). Les lois de conservation permettent d'établir les équations de réactions suivantes :

• \alpha : un noyau ^{A}_{Z}\text{X} se transforme en un autre noyau ^{A-4}_{Z-2}\text{Y}: et émet un noyau d'hélium ^{4}_{2}\text{He} (particule alpha) :
  ^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow  ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + ^{4}_{2}\text{He}
  exemple : ^{213}_{\,\,84}\text{Po} \rightarrow \:^{209}_{\,\,82}\text{Pb} + ^{4}_{2}\text{He}


• \beta^-: un noyau ^{A}_{Z}\text{X} se transforme en un autre noyau ^{\:\:\:\:\:A}_{Z+1}\text{Y} et émet un électron^{\:\:\:0}_{-1}\text{e} (particule bêta « - ») :
  ^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow  ^{\:\:\:\:\:A}_{Z+1}\text{Y} + ^{\:\:\:0}_{-1}\text{e}
  exemple : ^{209}_{\,\,82}\text{Pb} \rightarrow ^{209}_{\,\,83}\text{Bi}+^{\:\:\:0}_{-1}\text{e}


• \beta^+: un noyau ^{A}_{Z}\text{X} se transforme en un autre noyau ^{\:\:\:\:\:A}_{Z-1}\text{Y} et émet un positon (positron en anglais) ^{0}_{1}\text{e} (particule bêta « + ») :
  ^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow  ^{\:\:\:\:\:A}_{Z-1}\text{Y} + ^{0}_{1}\text{e}
  exemple : ^{205}_{\,\,82}\text{Pb} \rightarrow ^{205}_{\,\,81}\text{Tl}+^{0}_{1}\text{e}

Dans le cœur du Soleil, les noyaux d'hydrogène sont suffisamment comprimés par les forces gravitationnelles pour déclencher des réactions de fusion thermonucléaire. Lors de ces transformations, de grandes quantités d'énergie sont libérées sous la forme de rayonnements électromagnétiques (

voir chapitre 15

).

Cette énergie libérée lors de réactions de fusion thermonucléaire est utilisée par l'Homme à des fins militaires dans les bombes \text{H} (bombe à hydrogène) et à des fins civiles dans les réacteurs expérimentaux tels que le Laser Mégajoule ou le projet ITER.

Dans le cœur des réacteurs des centrales nucléaires se déroulent des réactions de fission nucléaire. Ces réactions libèrent de l'énergie sous la forme de rayonnements. Cette énergie peut être récupérée et convertie pour une production électrique.

Certains déchets produits lors de ces réactions sont hautement radioactifs et dangereux pour l'environnement. Une partie peut être retraitée, le reste doit être stocké dans un endroit sécurisé pendant de longues périodes (des centaines voire des milliers d'années).

Rayonnement électromagnétique : mode de transfert d'énergie décrit par la propagation d'ondes électromagnétiques.

La valeur de l'énergie libérée lors des transformations nucléaires est petite. Cependant, ramenée à l'échelle d'une mole ou d'un kilogramme de combustible, elle est bien plus importante que l'énergie libérée lors de transformations chimiques ou physiques.

Maquette en coupe d'un réacteur nucléaire.

Compléter et identifier les réactions nucléaires ci-dessous.

a. ^{1}_{0}\text{n} +\, ^{235}_{\,\,92}\text{U} \rightarrow  ^{...}_{36}\text{Kr} + ^{140}_{\,\,56}\text{Ba} + 3\, ^{1}_{0}\text{n}

b. ^{239}_{\,\,93}\text{Np} \rightarrow  ^{239}_{\,\,94}\text{Pu} + ^{0}_{...}\text{e}