PH 05 TS Energie nucléaire 1 RAPPELS SUR L'ATOME On a vu en 2de que la masse du noyau d'un élément AZX est : M = (A-Z).mn + Z.mp Où mp et mn représentent respectivement.... 2 DEFAUT DE MASSE On constatequ'en réalité, M < (A-Z).mn + Z.mp. La différence entre la masse attendue ( (A-Z).mn + Z.mp.) et la masse réelle (M) est appelée défaut de masse, et notée ∆M M = (A-Z).mn + Z.mp + ∆M Exemple : masse d'un noyau de deutérium 21H = M = 2,0136 uma masse d'un neutron .mn = 1,0087 uma masse d'un proton.mP = 1,0073 uma ∆M = (A-Z).mn + Z.mp - M ∆M = 1,0087 + 1,0073 - 2,0136 ∆M = 0,0024 uma = 3,99E-30 kg Une unité de masse atomique = 1,660538 × 10 3 -27 kg EQUIVALENCE MASSE ENERGIE Lorsqu'un noyau se constitue à partir de ses constituants fondamentaux, les forces internes (interaction forte en particulier) fournissent un travail donc dégagent de l'énergie (sous forme de chaleur et/ou de rayonnement) Cette énergie El est appelée Energie de liaison du noyau atomique. El = ∆M.C2 Dans l'exemple ci-dessus, -27 El = 0,0024. 1,660538 × 10 .(3.108)2 El = 3,59E-13 J Ces niveaux d'énergie étant faibles, on les exprime en électron volt (1 eV = 1,6.10-19J). El =2243750eV = 2,2 MeV MAc3>Lycée>T°S>Physique>PH 05 énergie nucléaire.rtd 25/11/2008 Michel Plantier PH 05 TS Energie nucléaire 4 ENERGIE DE LIAISON PAR NUCLEON Si on veut définir la masse qu'a perdu un atome en se formant, on ne peut pas colmparer la masse perdue par un atome lourd à celle perdue par un léger... D'où l'intérêt de définir la perte de masse par nucléon El/A d'ub atome. L'énergie moyene de liaison par nucléon d'un noyau atomiue est le rapport El/A. Cette énergie permet de comparer duex noyaux atomiques. Par exemple : Pour le Fer 5626Fe Pour le Cobalt 56 27Co Pour le Nickel 5628Ni El/A = - 8,79 MeV El/A = - 8,69 MeV El/A =- 8,79 MeV Pour une même valeur de A, El/A varie peu en fonction de Z Si l'énergie de liaison par nucléon est plus grande, l'élément est plus stable. 5 Courbe d'Aston MAc3>Lycée>T°S>Physique>PH 05 énergie nucléaire.rtd 25/11/2008 Michel Plantier PH 05 TS Energie nucléaire 5 LA FUSION NUCLÉAIRE Exemple : réaction 2 3 1H + 1H ⇒ 4 2He El/A : -1,11 -2,83 -) 7,07 El -2x1,11 - 3x2,83⇒- 4x7,07 El - 10,71 ⇒ - 28,28 + 1 0n attention, erreur dans microméga page 113 0 (en MeV) On constate que l'énergie de liaison des produits est plus importante que celle des réactifs : la perte de masse est plus importante, il y a de l'énergie excédentaire (18 MeV), qui va être libérée par la réaction. Calculer : 1 g de mélange équimplaire deutérium/tritium réagit comme ci--dessus. Quelle quantité d'énergie recueille-t-on ? Définition de la fusion nucléaire : réaction au cours de laquelle des noyaux légers s'unissent pour former un noyau plus lourd. 6 LA FISSION NUCLEAIRE Exemple : réaction 1 235 0n + 92U El/A : ⇒ 94 38St + 140 54Xe + 210n 0 - 7,59 - 8,59 - 8,29 - 235x7,59 ⇒ - 94x8,59 - 140x8,29 + 2 x 0 - 1783,65 ⇒ - 807,46 - 1160,6 - 1783,65 ⇒ - 1968,06 On constate que l'énergie de liaison des produits est plus importante que celle des réactifs : la perte de masse est plus importante, il y a de l'énergie excédentaire ( 184 MeV), qui va être libérée par la réaction. Calculer : 1 g d'Uranium réagit comme ci--dessus. Quelle quantité d'énergie recueille-t-on ? Exos micromega : 15 et 16 page 122 ; DM : n°3 page 126 à rendre semaine prochaine «En 1930, en Allemagne, Walther Bothe et Herbert Becker avaient découvert que, en bombardant du béryllium avec des particules alpha émises par du polonium, on obtenait un rayonnement très pénétrant et d'énergie bien supérieure à celle du rayonnement alpha. Les scientifiques supposèrent alors qu'il s'agissait d'un rayonnement gamma beaucoup plus énergétique que ceux connus à l'époque» MAc3>Lycée>T°S>Physique>PH 05 énergie nucléaire.rtd 25/11/2008 Michel Plantier