Telechargé par zaki kikou

2.3 - cours - l energie nucleaire

publicité
Chap. 2.3 - cours
L’énergie nucléaire
Rappels :
Vallée de stabilité des éléments
• Tous les noyaux ne sont pas stables.
Certains se désintègrent, au bout d’un temps
plus ou moins long, en émettant des
rayonnements de plusieurs sortes, plus ou
moins dangereux. C’est la radioactivité
• On constate que les noyaux stables peuvent
être groupés autour d’une ligne dans le
diagramme N = f (Z).
Identifier les émetteurs a , b+ et bQuelle est la particularité de chacun ?
N
Stables
Émetteurs a
Émetteurs bÉmetteurs b+
Z
Dans le chapitre précédent, on a vu que tous
les noyaux qui ne sont pas dans la vallée de la
stabilité évoluent pour la rejoindre. Pourquoi ?
Instables, ils se désintègrent en émettant un
rayonnement énergétique. Ce rayonnement est
capable d'ioniser la matière ou d'impressionner
une plaque photographique.
D’où vient cette énergie ?
1- D’où vient l’énergie
nucléaire ?
1.1 - Énergie libérée par une
désintégration radioactive
Soit la réaction suivante :
226
88
?
Ra  Rn +?2 He + 
222
?
86
?4
Cette désintégration libère de l'énergie sous
deux formes :
– de l'énergie cinétique
– de l'énergie rayonnante
D'où provient cette énergie ?
1.2 - Perte de masse
Comparons la masse des noyaux avant (mav)
et après (map) la désintégration.
Masse (x10-25 kg)
222
86 Rn
3,7524385
226
88 Ra
3,6859056
4
2 He
0,0664467
mav = 3,7524385.10-25 kg
map = 3,6859056.10-25 + 0,0664467.10-25 = 3,7523523.10-25 kg
Il n'y a donc pas conservation de la masse !
Il y a une variation de masse : map - mav = - 8,62.10-30 kg
1.3 – Relation d’Einstein
• Qu'est donc devenue la masse perdue
précédemment ?
• En 1905 Einstein postule que la masse est
une des formes que peut prendre l'énergie.
• Une particule qui possède une masse est
donc un réservoir d'énergie :
Toute particule de masse m possède, au
repos, une énergie E0 donnée par la relation :
en Joule
E0 = m.c 2
en kg
en m/s
1.4 – Bilan énergétique d’une
désintégration
• Avant la désintégration l'énergie de masse
du noyau de radium est :
m( 226 Ra ).c 2  m av  c 2
• Après la désintégration l'énergie totale
des produits de désintégration est :
m( Rn).c +m( He).c + Ec + E
222
2
4
2
On notera Elibérée la somme de l'énergie
cinétique des particules produites et de
l'énergie rayonnante 
Or
222
2 + 4
2
m( Rn ).c
m( He).c
= map.c2
La conservation de l'énergie impose que :
mav.c2 = map.c2 + Elibérée
Donc on peut écrire :
(mav - map).c² = énergie libérée
Finalement on retiendra que l’énergie libérée
lors d’une réaction nucléaire se calcule par la
formule :
(perte de masse).c2 = énergie libérée
Calculer l'énergie correspondant à la
perte de masse de la réaction étudiée
map - mav = - 8,62.10-30 kg
(mav - map).c² = 7,76 . 10-13 J
L’énergie libérée vaut 7,76 . 10-13 J soit 4,85 Mev
2- Énergie de liaison des
noyaux atomiques
2.1- Défaut de masse d'un noyau
4 He
2
Masse en kg
6,64465.10-27
Proton
Neutron
1,67263.10-27 1,67492.10-27
• Comparons les masses d'un noyau d'hélium
au repos et celle de ces nucléons au repos
également, mais séparés
mnoyau = 6,64465.10-27 kg
mnucléons = 2 x 1,67263.10-27
mnucléons = 6,69510.10-27 kg
+ 2 x 1,67492.10-27
2.1- Défaut de masse d'un noyau
4 He
2
Masse en kg
6,64465.10-27
Proton
Neutron
1,67263.10-27 1,67492.10-27
Lorsque le noyau se constitue à partir de ses nucléons,
il perd de la masse donc de l'énergie : le noyau est
dans un état d'énergie inférieur : il est plus stable que
les nucléons séparés.
C'est d'ailleurs bien la raison pour laquelle les
noyaux existent !
2.1- Défaut de masse d'un noyau
4 He
2
Masse en kg
6,64465.10-27
Proton
Neutron
1,67263.10-27 1,67492.10-27
La perte de masse qui s’opère lorsque le noyau
se forme est appelée défaut de masse du noyau.
On la note souvent Dm
Dm est proportionnelle à l’énergie nécessaire pour
assurer la cohésion de ce noyau.
A
Pour un noyau Z X , le défaut de
masse Dm est :
A
(Zmp + ( A-Z)mn) – m( Z X ),
Où mp et mn sont respectivement la
masse du proton et du neutron.
2.2 – L’énergie de liaison
• Le défaut de masse observé précédemment
peut être converti en énergie de liaison :
• E liaison = Dm . c ²
• Elle correspond à l’énergie qu’il faudrait
fournir au noyau pour séparer ses nucléons.
• La stabilité d’un noyau dépend de l’énergie
de liaison qu’il possède.
3 – Bilan énergétique des
réactions nucléaires
3.1 – La réaction de fission
nucléaire
3.2 – La réaction de fusion
nucléaire
3.3 – Energie libérée lors d’une
réaction nucléaire
• Lors d’une réaction nucléaire, la masse des
produits obtenus est inférieure à celle des
réactifs. La perte de masse se note Dm
• Cette perte de masse correspond à une énergie
libérée lors de la réaction (notée Elibérée).
• Elibérée = Dm . c ²
• Calculer l’énergie libérée par la fusion d’un
noyau de deutérium et d’un noyau de tritium.
3.3 – Energie libérée lors d’une
réaction nucléaire
• l’énergie libérée par la fusion d’un noyau de
deutérium et d’un noyau de tritium vaut :
Elibérée = 2,818 . 10-12 J
• Correction sur le livre p.141
Téléchargement
Explore flashcards