Partie : Comprendre : Lois et modèles Thème : Cohésion et transformations de la matière Chap. XI RADIOACTIVITE ET REACTIONS NUCLEAIRES Compétences attendues : Définir l'isotopie et reconnaître des isotopes Recueillir et exploiter des informations sur la découverte de la radioactivité naturelle et de la radioactivité artificielle. Connaître la définition et des ordres de grandeur de l'activité exprimée en becquerel. Utiliser les lois de conservation pour écrire l'équation d'une relation nucléaire. Utiliser la relation E libérée = Δ m c 2 Recueillir et exploiter des informations sur les relations nucléaires (domaine médicale, domaine énergétique, domaine astronomique,...). I. La radioactivité ) Notion d'isotopie 2 ) Cohésion du noyau et radioactivité Dans la nature, la plupart des noyaux d'atome sont stables ; cette stabilité étant assurée par l'interaction forte qui compense l'interaction électromagnétique qui existe entre deux protons (répulsion électrique). Cependant, les noyaux isotopes d'un élément ne sont pas tous stables. Ces noyaux instables vont alors se transformer spontanément en d'autres noyaux : ils se désintègrent en émettant des rayonnements sous forme de particules chargées et, souvent, d'ondes électromagnétiques. Lorsque ces noyaux radioactifs sont naturellement présents dans notre environnement, il s'agit de radioactivité naturelle. Exemple : Le granit contient naturellement de l'uranium qui se désintègrent en radium. Le radium se désintègre en un gaz, lui-même radioactif : le radon. L'Homme sait, depuis un siècle, créer des éléments radioactifs par collision de particules dans des accélérateurs : c'est la radioactivité artificielle. 3 ) Les lois de conservation (loi de Soddy)
) Les différents types de désintégration Désintégration α 2 Exemple : le polonium 2 8Po 26 82Pb + 2He Désintégration β - Exemple : le carbone 6 C 7 N + e + ν e Désintégration β + 2
Exemple : le fluor 8 8 9 F 8 8 O + e + ν e Rayonnement γ A la suite d'une désintégration, le noyau fils peut être dans un état dit «excité». Il devient stable en libérant l'excédent d'énergie qu'il possède sous forme d'un rayonnement électromagnétique de fréquence très élevée appelé rayonnement γ.... 5 ) Activité radioactive La radioactivité est un phénomène aléatoire. Activités moyennes de quelques objets quotidiens données pour kg : Eau du robinet Lait Corps humain Poisson Granite à 2 Bq 8 Bq à Bq à Bq 8 Bq L'activité dépend de la nature du radioisotope, mais aussi de la quantité de matière radioactive dans l'échantillon considéré. II. Les réactions de fission et de fusion ) La fission nucléaire Exemple : réacteur nucléaire ou bombe A (plutonium 239) n 2 ) La fusion nucléaire 235 + U 92 55Cs 93 + Rb 37 + 3 n 3
Exemple : 2 H 3 + H 2He + n Ces réactions de fusion et fission libèrent une quantité importante d'énergie. III. Bilan d'énergie ) Equivalence masse-énergie En physique nucléaire, on utilise : - l'électronvolt comme unité d'énergie ( ev =,628 x -9 J) - l'unité de masse atomique comme unité de masse ( u =,665 x -27 kg) 2 ) Défaut de masse et énergie Ce défaut de masse correspond à une libération d'énergie : cette énergie correspond à l'énergie de liaison du noyau qui assure la cohésion du noyau. Cette énergie de liaison, notée E l, est l'énergie à fournir pour séparer les constituants d'un noyau.
3 ) Energie libérée lors d'une réaction nucléaire L'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium est de l'ordre de 2 MeV. L'énergie libérée par la fusion d'un noyau de tritium et d'un noyau de deutérium est de l'ordre de 2 MeV. Pour comparer, il faut calculer les énergie libérées par nucléon : on trouve un ordre de grandeur de MeV par nucléon, la fusion libérant plus d'énergie que la fission. 5