POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux - Section i-prépa -
Suite énoncé des exos du Chapitre 4 : Noyaux-masse-énergie Données générales : : =, : =, =,.. ; =.. =,. exercice : (exercice déjà fait dans l envoi précédent) L isotope le plus abondant du fer correspond au nucléide 56 28Fe. La masse d un noyau vaut 55,9207 u.. Calculer le défaut de masse en u puis en kilogrammes du noyau de fer 2. Calculer l énergie de liaison du noyau de fer 56 28Fe, en J puis en MeV 3. Calculer l énergie de liaison par nucléon du noyau de fer 56 28Fe 4. Reprendre les questions précédentes avec le noyau d ;on donne m( ) = 234,9935 u 5. Comparer alors la stabilité du et de l exercice 2 : ( ) =,. ; ( ) =,. Données ( ) =,. ; =,.. Dans une centrale nucléaire le combustible utilisé est de l'uranium enrichi en 235 92U. Un noyau 235 92U peut absorber un neutron. Parmi les réactions nucléaires qui peuvent se produire on observe la réaction d'équation : 235 92 U + 0n 39 xxe + 94 38Sr + y 0n a) Préciser s'il s'agit d'une réaction de fission ou de fusion. b) Compléter l'équation en calculant x et y. c) Calculer en MeV, l'énergie libérée par cette réaction. d) Sous quelle forme peut se retrouver l'énergie ainsi libérée? 2. Une tranche de la centrale fournit une puissance électrique de 900 MW. On considère que 33 % de l'énergie libérée par les réactions nucléaires est transformée en énergie électrique. a) Calculer en MeV l'énergie libérée par les réactions nucléaires en une journée. b) En supposant qu'en moyenne chaque noyau d'uranium libère une énergie de 200 MeV, calculer le nombre de réactions qui ont lieu chaque jour. c) En déduire la masse journalière d'uranium 235 consommée dans cette tranche de la centrale.
exercice 3 : Dans un réacteur nucléaire les noyaux d'uranium 235 subissent la fission sous le choc d'un neutron lent. On considérera la réaction suivante : 235 92 U+ 0 n 40 54Xe + 94 xsr + y 0 n Données : m(neutron) =,00866 u ; m( 235 92U) = 234,99332 u ; m( 94 xsr) = 93,89446 u ; m ( 40 54Xe) = 39,8994 u u =,66054.0-27 kg ; c = 3.0 8 m/s ; ev =,6022.0-9 J ; Avogadro = 6,022.0 23 mol - ; pouvoir calorifique du pétrole : P = 43 MJ/kg ; masse molaire de l'uranium 235 : M = 235 g/mol. Un réacteur nucléaire fournit une puissance électrique moyenne de 950 MW. On suppose que cette puissance électrique fournie par le réacteur est constante dans le temps. Le rendement de la transformation énergie nucléaire en énergie électrique est de 35 %.4 a) Après avoir équilibré l'équation bilan précédente, donner les valeurs de x et de y. b) Calculer l'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium 235 suivant la réaction proposée. c) On admettra que toutes les réactions de fission produisent la même énergie que la précédente ; déterminer la masse (en kg) d'uranium 235 consommée par le réacteur en une journée. d) Déterminer la masse de pétrole (en tonnes) qu'il faudrait brûler pour produire la même énergie qu'un kg d'uranium. e) Calculer la durée Dt (en heures et minutes) nécessaire pour consommer un kilogramme d'uranium 235 dans ce réacteur. exercice 4 : Bombardement du lithium Données =, =, =, é é, =,.. En bombardant un noyau de Lithium avec un faisceau de protons, on obtient la réaction nucléaire suivante (elle a été réalisée la première fois en Angleterre en 933) : 7 3 Li + 3 H 4 2He + 4 2He. Calculer la variation de masse (en u) ainsi que l énergie libérée (en MeV) lors de cette réaction de fusion 2. Quelle énergie est libérée lors de la fusion de mg de lithium? On donnera le résultat en MeV puis en J 3. Sous quelle forme cette énergie est-elle libérée?
exercice 5 : Au soleil d ITER (International Thermonuclear Expérimental Reactor) D'où peut bien provenir l'énergie du Soleil? C'est seulement en 920 que le voile est levé, par les Britanniques Francis William ASTON et Arthur EDDINGTON : les noyaux d'atomes d'hydrogène, le principal constituant solaire, se transforment en hélium en fusionnant. Une réaction qui libère une énergie faramineuse. L'objectif du projet ITER est de démontrer la possibilité scientifique et technologique de la production d'énergie parla fusion des atomes. La fusion contrôlée représente un défi scientifique et technologique majeur qui pourrait répondre au problème crucial de disposer, à plus ou moins long terme, de nouvelles ressources énergétiques. A côté de l'énergie de fission, l'énergie de fusion représente l'espoir d'avoir une source d'énergie propre et abondante au cours du XXIe siècle. A l'heure où la raréfaction des énergies fossiles est prévue d'ici 50 ans, il est d'une importance vitale d'explorer le potentiel de toutes les autres sources d'énergie. Etude de la réaction de fusion Le concept solaire de production d'énergie est basé sur une réaction dont la probabilité de se réaliser est extrêmement faible sur notre planète. Mais l'idée reste bonne! Il "suffit" de remplacer l'hydrogène par des noyaux qui ont un maximum de chance de fusionner sur Terre, en l'occurrence, ceux de deutérium et de tritium, deux isotopes de l'hydrogène [...] en les chauffant à des températures très élevées, de l'ordre de 00 millions de degrés.» C'est donc sur cette réaction que se concentrent les recherches concernant la fusion contrôlée. 2 H + 3 H 4 2 He + 0 n. Calculer la variation de masse au cours de la réaction de fusion d'un noyau de deutérium et d'un noyau de tritium. Donner sa valeur en kilogramme et commenter son signe. 2. Déterminer l'énergie produite par cette réaction de fusion, donner le résultat en MeV. 3. Vérifier que le nombre de noyaux présents dans,0 g de noyaux de deutérium est 3,0 0 23 noyaux. 4. Vérifier qu'il en est de même dans,5 g de noyaux de tritium. 5. En déduire l'énergie, en MeV puis en Joule, que l'on pourrait espérer obtenir si on réalisait la réaction de fusion de,0 g de noyaux de deutérium avec,5 g de noyaux de tritium dans le réacteur ITER. 6. La tonne d'équivalent pétrole (tep) est une unité d'énergie utilisée dans l'industrie et en économie. Elle sert à comparer les énergies obtenues à partir de sources différentes. tep représente 4,2 0 0 J, c'est-àdire l'énergie libérée en moyenne par la combustion d'une tonne de pétrole. Calculer, en tep, l'énergie libérée par la fusion de,0 g de deutérium et de,5 g de tritium. 7. Sachant que dans une centrale nucléaire classique, la fission d',0 g d'uranium libère une énergie de,8 tep, expliquer en quoi ITER est un progrès et un espoir pour la production d'énergie. Données : deutérium tritium hélium neutron Symbole 2 3 4 2 0 Masse du noyau en u 2,0355 3,0550 4,0050,00866 u =,66054 0 27 kg. MeV=,602 0 3 J. célérité de la lumière dans le vide : c = 2,998 0 8 m.s -. N A = 6,023 0 23 mol -
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