Thème 3 – Chapitre 7 Conservation de l’énergie III - Énergie nucléaire III - Énergie nucléaire Source : Wikipédia - http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_nucl%C3%A9aire consulté le 16/03/2014 III - Énergie nucléaire Réaction nucléaire nucléus = noyau Exemple de réaction nucléaire spontanée C N e 14 6 14N C 76 0 -1e 14 7 0 1 Exemple de réaction nucléaire spontanée C N e 14 6 14 7 0 1 14N C 76 0 -1e Datation de matière organique dont le carbone n’est plus recyclé depuis moins de 50 000 ans Source : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mummy_Louvre.jpg consulté le 16/03/2014 Exemple de réaction nucléaire spontanée C N e 14 6 14 7 0 1 Quelles grandeurs sont conservées au cours de cette réaction ? III - Énergie nucléaire Source : Wikipédia - http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_nucl%C3%A9aire consulté le 16/03/2014 Source : Areva http://www.areva.com/ FR/activites-807/lafabrication-desassemblages-decombustible.html Consulté le 16/03/2014 0n 94Sr 1n 0 38 235U 92 1 140Xe 0n 54 U n Sr Xe 2 n 235 92 1 0 94 38 140 54 1 0 0n Quelles grandeurs sont conservées au cours de cette réaction nucléaire de fission ? 94Sr 1n 0 38 235U 92 1 140Xe 0n 54 U n Sr Xe 2 n 235 92 1 0 94 38 140 54 1 0 III - Énergie nucléaire 1p 1 2H 1 0e 1 1p 1 1 1 H H H e 1 1 2 1 0 1 1p 1 2H 1 0e 1 1p 1 1 1 H H H e 1 1 2 1 0 1 Chaîne proton – proton de la nucléosynthèse stellaire (un peu simplifiée) qui domine pour des étoiles comme le soleil ou de masse plus petite 1 1 H H H e 1 1 3 2 1 1 2 1 0 1 H H He 2 1 3 2 He He He 2 H 3 2 4 2 1 1 III - Énergie nucléaire III-1- Définitions Réaction nucléaire : transformation d’un ou plusieurs noyaux d’atomes 2 catégories de réactions : - spontanées 2 catégories de réactions : - provoquées (apport d’énergie de l’extérieur) 2 types de réactions provoquées : • fission : noyau se brise en deux • fusion : deux noyaux légers fusionnent III-2- Équation de réaction Pour écrire une équation de réaction nucléaire : - conservation du nombre de nucléons - conservation de la charge électrique Pourquoi une réaction nucléaire libère de l’énergie ? Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau Noyau AZ X Masse du noyau : m( AZ X ) Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau Noyau AZ X Masse du noyau : m( AZ X ) Masse totale des nucléons séparés Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau Noyau AZ X Masse totale des nucléons séparés Masse du noyau : m( AZ X ) Masse totale : m = Z m(p) + (A-Z) × m(n) Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau Noyau AZ X Masse totale des nucléons séparés Masse du noyau : m( AZ X ) < Masse totale : m = Z m(p) + (A-Z) × m(n) La formation d’un noyau s’accompagne d’un défaut de masse correspondant à l’énergie de liaison du noyau. (Z m(p) + (A-Z) × m(n))c² = m( AZ X )c² + E Énergie de masse des nucléons séparés Énergie libérée lors de la formation du noyau = à l’énergie de liaison du noyau Énergie de masse du noyau formé Comment récupère-t-on de l’énergie nucléaire ? Noyau AZ X Comment récupère-t-on de l’énergie nucléaire ? Idée : Former des noyaux dont l’énergie de liaison par nucléon est plus importante pour « perdre de la masse » Noyau X1 Noyau AZ X Noyau X2 m( AX )c2 > m (X1)c2 + m(X2)c2 Z La perte de masse fois la vitesse de la lumière au carré va correspondre à l’énergie libérée. E = (m – m ) c2 libérée avant après III-3- Énergie de masse À toute masse m on peut associer une énergie de masse : E = mc2 où c est la vitesse de la lumière. L’énergie libérée lors d’une réaction nucléaire est égale à l’énergie de masse perdue par le système Elibérée = (mavant – maprès) c2 J kg kg m/s mavant : masse totale des noyaux et particules avant réaction nucléaire maprès : ’’ ’’ après réaction nucléaire. 0n Exemple d’un type de fission de l’Uranium 94Sr 1n 38 0 235U 92 1 139Xe 0n 54 1,00 eV = 1,60 × 10-19 J U n Sr Xe 2 n 235 92 1 0 94 38 140 54 1 0 Elibérée = (mavant – maprès) c2 Elibérée = [m (235U) + m (n) – (m (94Sr) + m (140Xe)+ 2 m(n))] c2 Elibérée = [m (235U) – m (94Sr) - m (140Xe) - m(n)] c2 Elibérée = [390,220 – 232,298 - 155,917 – 1,675] × 10-27 × (3,00 × 108)2 Elibérée = 2,97 × 10-11 J Elibérée = 1,86 × 108 eV = 186 MeV La fission d’1 noyau d’uranium libère une énergie plus d’un million de fois plus importante que la combustion d’1 molécule d’alcane. Source : Wikipédia - http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_nucl%C3%A9aire consulté le 16/03/2014