Transformations nucléaires

Transcription

1 Transformations nucléaires

2 Plan du chapitre Partie 2 du manuel P 77 à Réactions nucléaires présentation Lois de conservation 2.Décroissance radioactive 3.Energie et masse dans les réactions nucléaires

3 Exercices, Nathan TS 2002 Première rafale, noyaux, transformations essentiel page 85, Exercices de 1 à 10 page pages 92 93

4 1 Réactions nucléaires a)rappels sur les noyaux (seconde) b)diagramme N/Z, vallée de stabilité c)stabilité instabilité des noyaux, cause, effets. d)type de réactions α, β +, β - dans les deux sens p91 Maison : p 93 e)désexcitation γ f) Lois de conservation applicables aux réactions nucléaires : charge et nombre de nucléons

5 Rappels sur les noyaux Z est le nombre de A est le nombre de Certains noyaux sont stables D'autres évoluent dans le temps : on dit qu'ils réagissent (comme en chimie) mieux qu'ils se transforment. Les transformations se traduisent par l'émission de particules d'où le nom ancien et assez impropre de radioactivité.

6 Stabilité du noyau Les forces agissant dans le noyau sont : première S : l'intéraction et l'intéraction L'une d'elles concerne tous les nucléons et est liée au nombre A L'autre est liée aux charges donc au nombre Z La stabilité du noyau est liée au rapport entre A et Z Nous n'expliquerons pas le pourquoi en TS!!

7 Vallée de stabilité des noyaux

8 Commentaires Les noyaux stables forment un chemin étroit entre les noyaux trop riches en p+ et les noyaux trop pauvres en p+

9 Réactions nucléaires lois de conservation Réaction β+, réaction β-, réaction α Pour connaître et utiliser ces réactions il faut d'abord apprendre les lois qui les encadrent Loi 1 : le nombre de nucléons A est conservé. Loi 2 : la charge totale est conservée. La réaction peut produire un ou des noyaux fils, des é+, des é-.

10 Réaction nucléaire β+ Réaction β+ : La transformation produit un noyau fils et un positron (ou positon) Que valent A' et Z'? Quels sont les noyaux concernés? X A Z A' = Y + e 0 Z' + 1

11 Réaction nucléaire β- Réaction β- : La transformation produit un noyau fils et un électron Que valent A' et Z'? Quels sont les noyaux concernés? X A Z A' = Y + e Z' 0 1

12 Réaction nucléaire α Réaction α : La transformation produit un noyau fils et un noyau d'hélium Que valent A' et Z'? Quels sont les noyaux concernés? A = A ' Z' X Z Y + α 4 2

13 2 Décroissance radioactive a)caractère aléatoire de la radioactivité Observation de comptages b)traitement statistique d'un tableau en TP Le tableur donne : c)moyenne de la variable x d)variance V de la variable x e)écart type σ de la variable x Ces nombres V et σ renseignent sur l'étalement, ils donnent une idée de la distribution (de la forme de l'histogramme). (Plus σ est petit, plus l'histogramme est étroit autour de la moyenne)

14 La loi de décroissance radioactive Evolution moyenne d'une population de noyaux : mort aléatoire sans vieillissement Expression du nombre de désintégrations pendant t : N=-λ.N. t dn ( t ) = λ. N ( t ) dt Dimension et signification de λ (λ=1/temps) Loi de décroissance de la population N(t) =N 0 e -λ.t

15 dn Activité d'une source radioactive dt Unité le becquerel Bq : 1 Bq =1s -1 c'est une désintégration par seconde. Unité petite : la source du Labo < 150 kbq Expressions de l'activité A ( t ) = dn dt ( t ) A dn ( t ) ( t ) = = λ. N ( t dt )

16 Activité d'une source radioactive, mesure datation La mesure de l'activité démarre la procédure de datation. On connaît ainsi A(t). Il faut rapporter l activité à la taille de la source pour connaître A(t=0)=λ.N(t=0). On remonte à t, en prenant le ln. A ( t ) = A e. t 0. λ t = A ln 0 A( t) λ

17 Activité d'une source radioactive, danger Effet biologiques liés à l'activité Moyen de radioprotection.

18 Constante radioactive, Constante de temps Demi vie Ne dépendent que du noyau Constante radioactive λ 1 Constante de temps tau τ = λ Demi vie T 1/2 T 1 = 2 ln λ 2

19 démonstration N T 1/2 = N 0. exp.t 1/2 = N 0 2 exp.t 1/2 = 1 2 ln[exp.t 1/2 ]= ln 1 2 T 1/2 =. Ln2= Ln2

20 Au boulôt chez soi lire les 2 chapitres Exercice résolu p90 19 PAGE P 94 BALEZE 24 PAREIL 6,7,8,9 p 108

21 La datation : une des utilisations pacifiques de la radioactivité

22 Techniques de datation Par mesure d'activité, on connait N/ t Par mesure de population (de masse), on connait N, cas simple. Par suivi de deux populations, (cas plus difficile) 21, 22, 24 du chapitre 6 Dans tout les cas : l'élément est connu, sa constante radioactive, ou sa demi-vie est déterminée avant.

23 Mesure de l'âge de l'univers Deux noyaux de demi vie énorme : l'uranium U, 710 millions d'années, L'uranium U 4,51 milliards d'années. Les noyaux 235 U et 238 U ont été produits «à la naissance des étoiles» en quantités égales. Les désintégrations ne «regonflent» pas les populations Aujourd'hui il y a 140 fois plus d' 238 U,que d' 235 U. Calcule le temps qui nous sépare de «la naissance des étoiles».

24 Pour se faire peur Exercice 22, 25 p111, 112