FUSION – source de l`énergie des étoiles
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FUSION – source de l’énergie des étoiles Le phénomène de la fusion thermonucléaire représente, hormis la contraction gravitationnelle, la seule source de l’énergie stellaire. Elle est aussi à l’origine des éléments chimiques dont le numéro atomique Z > 2. Le type des processus nucléaires à l’intérieur des étoiles est influencé radicalement par la température. Si la température centrale n’excède pas quinze millions de kelvins, le cycle du proton est le prédominant. A condition que la température dépasse les 1,5.107 K, le cycle du carbone se met en place. Les deux cycles assurent la transformation des noyaux d’hydrogène en noyaux d’hélium. 20 D’autres nucléides tels que 126 C, 168 O, 10 Ne ... sont créés par le processus à température encore plus 8 élevée (d’ordre 10 K). 1. Le cycle du proton (dans le Soleil) Le produit d’une réaction entre chaque fois dans la réaction suivante en tant que réactif. Vous avez à compléter les équations et calculer l’énergie libérée. On admettra, pour simplifier, que l’énergie emportée par les neutrinos est négligeable par rapport aux autres énergies intervenant dans les réactions. On vous rappelle la relation d’Einstein pour l’énergie de masse E mc 2 et les masses des noyaux et particules : m(hydrogène) = 1,007276 u m(deutérium) = 2,01345 u m(hélium 3) = 3,01493 u m(hélium 4) = 4,00150 u m(neutrino) = 0 u m(positron) = m(électron) = 5,486.10-4 u H H ........... e 1 1 1 1 0 1 0 0 ........... 11H ........... ..................... MeV 2 ........... .......... 2 H ..................... MeV 1 1 au total énergie libérée ..................... MeV .............. ............. ............. ................ ..................... MeV Nous pouvons conclure que la fusion dans les étoiles de dimensions comparables au Soleil engendre la transformation de .... noyaux d’ .................. en un noyau d’ ................... . Le bilan énergétique n’est pas encore complet : il faut tenir compte de l’annihilation des positrons. En fait, lorsqu’une particule rencontre son antiparticule (p. ex. électron positron, proton antiproton, etc.) de même masse et de charge opposée, elles annihilent, c’est-à-dire elles « disparaissent » et, simultanément, deux photons sont créés. Au cours de l’annihilation, la masse totale n’est pas conservée, mais l’énergie totale l’est. C’est un processus impressionnant où l’énergie de masse se convertit en énergie du rayonnement. L’équation de l’annihilation électron-positron s’écrit ............... ................ 2 et elle libère une énergie de ................. MeV. L’équation-bilan du cycle du proton s’écrit donc 4 11H 2 10e ................ ................ . L’énergie disponible est de ................ MeV, soit ................... J par noyau d’hélium formé. Chaque seconde, 1038 noyaux d’hélium sont formés au sein du Soleil. La puissance émise par le Soleil est donc environ ...................W ce qui est ...............de fois de plus en comparaison à la puissance de la centrale nucléaire de Dukovany (P = 1000 MW). 2. Cycle du carbone (Prix Nobel de Physique pour Hans Albrecht Bethe en 1967) Cette suite de réactions peut se réaliser dans les étoiles de masse supérieure à environ 1,4.(masse du Soleil) dont la température centrale est nettement supérieure (p. ex. Sirius). Pourtant, elle aboutit au même résultat. Complétez les équations de la même manière comme précédemment. 12 6 : C 11 H ............ .............. ............. ............. ............. .............. 11H .............. .............. 11H .............. : .............. .............. ............ ............. .............. 11H ............. 24 He au total : .............. ............. ............. ................ Le carbone joue le rôle de catalyseur. Il rentre dans les réactions, mais il ressort intact. Les gains énergétiques du cycle du proton et du cycle du carbone sont pareils car les équations-bilans sont de même forme.
