Thème 3 : L énergie et ses transferts / CHAP2.

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1 Thème 3 : L énergie et ses transferts / CHAP2

2 Atomes isotopes U U protons neutrons Ces deux noyaux sont des isotopes ; donner la définition du mot «isotope» Des noyaux isotopes ont le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents

3 Réactions nucléaires spontanées Les interactions répulsives entre les protons du noyau, chargés positivement devraient conduire à l éclatement du noyau. Pour expliquer la cohésion du noyau, on a admis précédemment l existence d une interaction forte, attractive, qui unit l ensemble des nucléons et qui prédomine devant l interaction électrique répulsive. Néanmoins dans certains cas, la cohésion est insuffisante, les noyaux sont alors instables et se désintègrent spontanément. Comment appelle-t-on ces noyaux? Les noyaux sont dits radioactifs

4 La période radioactive La période radioactive ou demi-vie d un élément radioactif est la durée nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux des noyaux initiaux période radioactive de quelques éléments radioactifs 238 U 235 U 14 C 131 I 30 S 5700 ans 8 jours 3 min

5 La période radioactive La période radioactive ou demi-vie d un élément radioactif est la durée nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux des noyaux initiaux période radioactive de quelques éléments radioactifs 238 U 235 U 14 C 131 I 30 S 4, ans 5700 ans 8 jours 3 min

6 La période radioactive La période radioactive ou demi-vie d un élément radioactif est la durée nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux des noyaux initiaux période radioactive de quelques éléments radioactifs 238 U 235 U 14 C 131 I 30 S 4, ans ans 5700 ans 8 jours 3 min

7 On estime à 4,5 milliards d année l âge de la Terre ; que peut-on dire de la quantité actuelle de noyaux 238 U Il reste actuellement sur Terre, la moitié des noyaux d 238 U présents initialement à la formation de la Terre Dans 4,5 milliards d années, il restera la moitié de la quantité actuelle soit le quart de la quantité initiale période radioactive de quelques éléments radioactifs 238 U 235 U 14 C 131 I 30 S 4, ans ans 5700 ans 8 jours 3 min

8 Activité d un échantillon L activité d un échantillon radioactif donne le nombre de noyaux radioactifs se désintégrant par seconde Son unité est le becquerel Un échantillon a une activité de Bq ; cela signifie : Pendant 1 seconde, il y a noyaux qui se désintègrent

9 Les particules émises Lors de la désintégration des atomes radioactifs, différentes particules peuvent apparaitre Particule ou noyau d hélium Particule - ou électron Particule + ou positon 4 2He e e

10 Que libère également la désintégration des noyaux radioactifs? La désintégration libère un rayonnement électromagnétique 0 e 4 2He 0 e 1 1

11 Les lois de conservation Au cours d une réaction nucléaire, il y a conservation: - du nombre total de protons - du nombre total de nucléons

12 Désintégration de 238 U en 234 Th ? U Th 4 2 He Désintégration de 234 Th en 234 Pa Th ? Pa 0 e 1 Désintégration de 234 Pa en 234 U Pa ? U 0 e 1

13 Réactions nucléaires provoquées La fission nucléaire Lors d une réaction de fission, un noyau lourd éclate sous l impact d un neutron Symbole du neutron 1 n 0

14 Cette réaction concerne des noyaux dits fissibles, comme l uranium U ou le plutonium Pu

15 Donner l équation cette réaction de fission de l uranium 235, cette réaction formant les noyaux Kr ; Ba Utiliser la loi de conservation des nucléons afin de déterminer le nombre de neutrons libérés par la réaction 235 U 92 + n 1 92 Kr Ba n

16 La réaction de fission est provoquée par un neutron ; la réaction libère d autres neutrons qui peuvent à leur tour provoquer la fission d autres noyaux d uranium : C est la réaction en chaine Cette réaction est contrôlée dans les centrales et incontrôlées dans les bombes nucléaires.

17 La fusion nucléaire Lors d une réaction de fusion, deux noyaux légers s associent pour former un noyau plus lourd deutérium tritium hélium 2 1 H 3 H He Ecrire l équation de la réaction de fusion H H He n

18 La fusion de 2 noyaux chargés positivement nécessite des températures très élevées et une pression très grande Ces conditions sont réunies dans le soleil et les étoiles, les réactions de fusion peuvent s y produire spontanément.

19 Depuis une trentaine d années, de nombreux laboratoires étudient la fusion du deutérium et du tritium (projet ITER, Laser Mégajoule, etc...)

20 Bilan d énergie Relation d Einstein Rappeler la relation d Einstein ; que signifie-t-elle? Lorsque la masse d un système diminue, l énergie qu il libère est donnée par la relation d équivalence masse-énergie: E m C 2 m : défaut de masse (kg) C : célérité de la lumière dans le vide C = 2, m.s-1 C =... 3, m.s-1

21 Energie libérée par la réaction de fission U 0 n 36 Kr 56 Ba 1 0 n U Kr 1, , , n Ba Masses en kg 2, Calculer la masse de tous les réactifs et la masse de tous les produits de la réaction de fission Minitiale = 3, kg Mfinale = 3, kg

22 Que constate-t-on? Au cours de cette réaction, il y a eu une perte de masse En quoi c est transformé la masse manquante? La masse manquante s est transformée en énergie Calculer l énergie libérée par la réaction de fission de l Uranium ( 3, , ) ( ) E m C 2 3, J

23 La fission est utilisée dans les réacteurs des centrales nucléaires pour produire de l électricité. Calculer le nombre de noyaux d uranium 235 dans 1,0 g d uranium noyau 3, kg 3,903.10??? noyaux 1,0 g = 10-3 kg 2, noyaux Calculer l énergie libérée lors de la fission dans une centrale de 1,0 g d uranium 3, J????? 2, noyaux 1 noyau 2, , , J

24 La tonne d'équivalent pétrole (tep) est une unité d'énergie qui sert à comparer les énergies obtenues à partir de sources différentes. 1 tep représente 4,2.1010J, c'est-à-dire l'énergie libérée en moyenne par la combustion d'une tonne de pétrole. Exprimer l énergie libérée par la fission de l uranium en tep et conclure 1 tep?? tep 4, J 9, J 9, ,2 tep 10 4,2.10 La fission de 1 g d uranium libère autant d énergie que la combustion de 2,2 tonnes de pétrole

25 Energie libérée par les réactions fusion H 1 H 2 He 0 n 2 1 H 3 1 H 3, , He 1 0 n Masses en kg 6, , Calculer l énergie libérée au cours de cette réaction de fusion Minitiale = 8, kg Mfinale = 8, kg 2 (3.108 ) E m C 2 (8, , ) 2, J

26 Calculer le nombre de noyaux de deutérium dans 1,00 g de Deutérium 1 noyau 3, kg ,344.10??? noyaux 1,0 g = 10-3 kg 2, noyaux Calculer le nombre de noyaux de tritium dans 1,50 g de Tritium 1 noyau??? noyaux 5, kg 1,5 g = 1, kg 1, , , noyaux

27 Calculer l énergie libérée par la fusion de 1,00 g de deutérium avec 1,50 g de tritium 1 noyau de deutérium + 1 noyau de tritium 2, J 2, noyau de deutérium + 2, noyau de tritium 2, , , J Exprimer ce résultat en TEP et conclure 1 tep?? tep 4, J 8, J 8, tep 4, La fusion de 1 g de deutérium avec 1,5 g de tritium libère autant d énergie que la combustion de 20 tonnes de pétrole!!

A retenir : A Z m n. m noyau MASSE ET ÉNERGIE RÉACTIONS NUCLÉAIRES I) EQUIVALENCE MASSE-ÉNERGIE

A retenir : A Z m n. m noyau MASSE ET ÉNERGIE RÉACTIONS NUCLÉAIRES I) EQUIVALENCE MASSE-ÉNERGIE CP7 MASSE ET ÉNERGIE RÉACTIONS NUCLÉAIRES I) EQUIVALENCE MASSE-ÉNERGIE 1 ) Relation d'équivalence entre la masse et l'énergie -énergie de liaison 2 ) Une unité d énergie mieux adaptée 3 ) application 4

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