POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Orthoptiste / stage i-prépa intensif -
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- Marie-Ange Grégoire
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1 POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux - Section Orthoptiste / stage i-prépa intensif - 1
2 Suite énoncé des exos du Chapitre 14 : Noyaux-masse-énergie I. Fission nucléaire induite (provoquée) : a) Principe de la fusion nucléaire : Réaction nucléaire provoquée par l impact d un neutron «lent» sur un noyau lourd dit :noyau-cible ; celui-ci se divise alors en deux noyaux plus légers et plus stables (les produits de fission), et en neutrons possédant une très grande vitesse. L énergie est donc libérée sous forme d énergie cinétique des neutrons, et de rayonnement Matières fissiles : Exemple : fission induite de l ; ; ; Bilan énergétique pour un noyau : l énergie libérée par la fission d un noyau est : = é ( >0) l énergie libérée par une réaction nucléaire correspond à la diminution de la masse totale du système : = é ² Pour un noyau d : = ( () + () () () () ) ²
3 é = Pour un noyau d : = () + () () é Réactions en chaîne : Les neutrons émis lors de la fission peuvent à leur tour provoquer la fission d'autres noyaux ; il peut se produire une réaction en chaîne qui devient rapidement incontrôlable (principe de la bombe à fission, ou bombe atomique). Soit k le nombre moyen de neutrons libérés qui provoquent une fission. Si k < 1, la réaction s arrête. Le système est sous-critique. Si k > 1, la réaction peut devenir explosive. Le système est sur-critique. Si k = 1, la réaction s auto-entretient. Le système est critique b) Centrale nucléaire : EPR génération II (Réacteur à Eau Pressurisée) Dans le réacteur nucléaire, les réactions nucléaires sont contrôlées par un modérateur et par des barres mobiles (en bore) placé entre les barres de combustible ( ) qui absorbent ou piègent une partie des neutrons émis à très grande vitesse. Sans contrôle, une réaction en chaîne se produirait, et deviendrait incontrôlable : c est la bombe atomique. La chaleur (énergie cinétique des neutrons émis) libérée par la fission du combustible nucléaire permet de chauffer de l eau et d obtenir de la vapeur dont la pression fait tourner des turbines entraînant un alternateur, producteur d électricité. Puissance d un EPR : 900 MW à 1300 MW 1 kg d Uranium tonnes de TNT Remarque : les produits de fission sont des radio-isotopes à demi-vie assez longue : ce sont les déchets radioactifs, qu il faut traiter et enfouir (La Hague) c) Rendement : = = =, ù = = 3
4 II. Principe de la fusion nucléaire : Deux noyaux légers sont «assemblés» pour former un noyau plus stable et plus lourd (mais dont la masse est inférieure à la somme des masses des noyaux légers mis en jeu) Pour que la fusion soit possible, les deux noyaux doivent posséder une grande énergie cinétique de façon à vaincre les forces de répulsion électrostatiques. Ainsi, rapprocher les noyaux légers et les faire fusionner nécessite des températures très élevées, de l ordre de 107 K. Ainsi, dans une bombe à fusion (bombe H), le détonateur est assuré par une bombe A L énergie libérée par la fusion (sous forme d énergie cinétique des particules émises) est cependant très supérieure à l énergie apportée pour faire fusionner les noyaux. Ex : fusion deutérium( ) 1 /tritium ( ) + + Bilan énergétique : = é ( >0) = é ² Pour un noyau d : = ( ( ) + ( ) ( ) () ) ² é = Pour un noyau d 1 4 = ( 1 ) é L'énergie libérée au cours d'une fusion nucléaire est considérable. Ce sont des réactions de fusion qui produisent l'énergie des étoiles. d) Avantages et inconvénients de la fusion par rapport à la fission : ü L énergie libérée par la fusion nucléaire est considérable ü La fusion libère par nucléon une énergie plus importante que la fission ü Le deutérium est présent dans l eau de mer, c est donc une réserve d énergie quasiinépuisable ü La fusion ne présente pas les dangers de retombées radioactives de la fission, en particulier il y a très peu de déchets nucléaires ü L exploitation industrielle de la fusion représente un défit extrêmement difficile (projet ITER) et n a pas lieu à ce jour ü 4
5 Chapitre 15 : Ouverture au monde quantique I. Limites de la mécanique de Newton : Au niveau macroscopique : un satellite peut graviter à une distance quelconque d un astre. D après la mécanique de Newton, ce modèle dit : planétaire, affirme qu il y a une infinité d orbites possibles et que l on peut déterminer complètement le mouvement. En revanche, au niveau submicroscopique, chaque atome a un volume bien défini donc le rayon atomique d un élément est précis ; on ne trouve pas les électrons d un atome en orbite sur n importe quel rayon mais sur des couches bien définies, K, L, M, N le modèle planétaire ne peut s appliquer à l atome ; les Lois de Newton ne sont plus valables dans le monde submicroscopique II. Quantification des niveaux d énergie : 1887 : expérience de Hertz, effet photo-électrique Si l on éclaire une plaque de zinc avec une lampe à incandescence, on ne relève aucun phénomène ; quelle que soit sa puissance, il ne se passe rien, aucun électron n est éjecté. Si l on éclairez maintenant la même plaque de zinc avec un rayonnement UV, on constate que même à très faible puissance, des électrons sont éjectés. Comment expliquer ce phénomène, dit : effet photo-électrique? 1900 : Max Planck émet l hypothèse que les échanges d énergie ne se font pas de façon continue mais par paquets, ou quantas, c est-à-dire que chaque radiation lumineuse de fréquence transporte une certaine quantité d énergie 1905 : Einstein : «les quantas sont portés par des corpuscules de pure énergie, de masse nulle, et se déplaçant à la vitesse de la lumière» : les photons L énergie d un photon correspondant à une radiation de fréquence (et donc de longueur d onde = ) est donnée par la relation : = = 1913 : Postulat de Bohr : - Les variations d énergie de l atome sont quantifiées Les niveaux d énergie sont quantifiés, l atome ne peut exister que dans certains états d énergie bien définis ; les orbites sur lesquelles gravitent les électrons sont quantifiées 5
A. Énergie nucléaire 1. Fission nucléaire 2. Fusion nucléaire 3. La centrale nucléaire
Énergie Table des A. Énergie 1. 2. 3. La centrale Énergie Table des Pour ce chapitre du cours il vous faut à peu près 90 minutes. A la fin de ce chapitre, vous pouvez : -distinguer entre fission et fusion.
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