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Devoir de Sciences Physiques n°4 : correction Page 2 / 2
Exercice III : comparaisons énergétiques
Des isotopes sont des noyaux atomiques qui ont le même numéro atomique Z mais des nombres de masse A
différents. Autrement dit, ils ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de neutrons. Par
exemple, le carbone 12, le carbone 13 et le carbone 14 sont des isotopes.
Lors d’une réaction nucléaire (lois de Soddy), il y a conservation :
de la somme des numéros atomiques Z (donc des charges électriques)
de la somme des nombres de masse A (donc du nombre total de nucléons)
de l’énergie sous toutes ses formes, incluant l’énergie de masse.
En appliquant les lois de Soddy, on montre que la particule émise est un neutron
n
1
0
:
n He H H
1
0
4
2
3
1
2
1
+ →+
Une réaction de fusion nucléaire est une réaction entre deux « petits » noyaux durant laquelle ils s’agrègent
(fusionnent) pour en former un plus gros, plus stable. La fusion concerne essentiellement les atomes
d’hydrogène (tous les isotopes) et l’hélium.
Une réaction de fission nucléaire est une réaction entre un gros noyau, instable et naturellement radioactif, et
une petite particule projectile (souvent un neutron lent). Lors de la réaction, le gros noyau éclate en deux
noyaux plus petits, différents et chacun plus stable que le noyau initial. Généralement, un ou plusieurs
neutrons sont aussi éjectés et peuvent à leur tour provoquer la fission d’un autre gros noyau : c’est le principe
de la réaction en chaîne. La fission nucléaire est surtout pratiquée dans le cas de l’uranium.
Variation de masse lors de la fusion de H
2
1
et H
3
1
:
∆
m = m
f
– m
i
= m
n
+ m
He
– m
D
– m
T
= (1,67493 + 6,64466 – 3,34358 – 5,00736).10
-27
= – 0,03135.10
-27
kg
La perte de masse (signe négatif) est donc : m = 3,135.10
-29
kg
Energie libérée correspondante : E
libérée
= m × C
2
= 3,135.10
-29
× (3,00.10
8
)
2
= 2,82.10
-12
J
Pour une mole de deutérium et de tritium : E
mol
= E
libérée
× N
A
= 2,82.10
-12
× 6,02.10
23
= 1,70.10
12
J
Quantité de matière de carbone (charbon) qui libèrerait la même énergie :
E
n
mol
=
Masse de carbone (charbon) qui libèrerait la même énergie par combustion :
g10.5,80,12
10.70,1
M
E
Mnm
7
3
12
mol
=×=×=×= soit 85000 kg ou 85 tonnes
Il faudrait donc réaliser la combustion de 85 tonnes de charbon pour obtenir la même énergie qu’avec la
fusion d’une mole de deutérium avec une mole de tritium (c'est-à-dire de 2 grammes de deutérium avec 3
grammes de tritium).