Qu'est-ce que l'énergie nucléaire de liaison?
Le noyau d'un atome est son noyau central, constitué d'un ou de plusieurs protons et, à l'exception de la forme d'hydrogène la plus légère, des neutrons également. Un neutron est gratuit, mais quelque chose les empêche de glisser hors du noyau. De plus, chaque proton dans le noyau est chargé positivement; ils doivent se repousser les uns les autres en vidant le noyau - une énergie l’empêche également. Par définition, l’énergie qui retient toutes ces particules dans le noyau est «l’énergie de liaison nucléaire». Depuis qu’Einstein a découvert la relation mathématique qui assimile la matière à l’énergie - E = mc 2 , où E est l’énergie, m est la masse et c est la vitesse de la lumière - l'énergie de liaison nucléaire peut être calculée avec une relative facilité.
La masse dans le noyau provient de deux sources. L'un est la masse que chaque particule contiendrait si elle était isolée, sans interaction de charge ou gravitationnelle. La deuxième source de masse est l'augmentation directement imputable à l'énergie de liaison nucléaire. Ces deux sources donnent lieu à l'équation m (t) = m (fp) + m (nbf) , où «t» représente le total, «fp» désigne la particule libre et «nbf» la force de liaison nucléaire. Comme il n’existe pas d’énergie négative, la masse attribuable à l’énergie de liaison nucléaire doit être positive et l’énergie d’un noyau total, supérieure à la somme de ses neutrons et de ses protons.
En insérant cette forme de la masse dans l'équation d'origine, l'énergie totale d'un noyau est E (t) = m (t) c 2 . En développant cette équation au complet, on obtient E (t) = (m (fp) + m (nbf) ) c 2 . En multipliant cela, on obtient E (t) = m (fp) c 2 + m (nbf) c 2 . Or, si l’on soustrait l’énergie attribuable à des particules isolées, cette équation se réduit à E (t) - E (fp) = ΔE = m (nbf) c 2 , où ΔE est l’augmentation de l’énergie au-dessus de celle des particules libres - l'énergie de liaison nucléaire.
La fission nucléaire, ou la scission du noyau atomique pour produire des atomes plus petits, chacun ayant sa propre énergie de liaison, revêt une importance particulière pour la conception et le fonctionnement des centrales. L'énergie de liaison des atomes résultants, soustraite de l'énergie de liaison des atomes de départ, donne le rendement net appliqué de manière constructive ou destructive. Parmi les utilisations constructives de cette énergie nucléaire, on compte la production d'électricité, qui représente près d'un cinquième de toute l'énergie électrique aux États-Unis et plus des trois quarts de l'énergie utilisée en France.