Comprendre-1ère S                                     PHYSIQUE NUCLEAIRE

 

 

 

I- HISTOIRE ET RADIOACTIVITE : activité 1 p134

 

 

II-REACTION NUCLEAIRE

         1. Activité

courbe de stabilité.jpg

 

 

 

 

Ouvrir le logiciel Nucléus  

 

 

 

 

 

 

Ce logiciel est téléchargeable à l’adresse : http://amdc.in2p3.fr/web/nubdisp_fr.html

 

ANALYSE DU DIAGRAMME

 

1. Des stables ou des instables, quels sont les noyaux les plus abondants ?

2. Qu’ont de particulier les premiers noyaux stables ?

3. Identifier le noyau stable le plus lourd. Donner la notation symbolique de son noyau.

4. Repérer les noyaux suivants sur le diagramme et indiquer s’ils sont stables ou instables :

  , , ,

 

INTERPRETATION

 

5. Quel est le point commun aux noyaux de même ordonnée ? Relever un exemple.  Comment nomme-t-on ces noyaux ?

6. Quelle interaction  assure la stabilité donc la cohésion entre les nucléons d’un noyau ? Comment pourrait-on expliquer l’instabilité des noyaux étudiés à la question 4 ?

 

 

 

Zone de Texte: Information : Suite à leur instabilité, les noyaux peuvent évoluer de 3  façons différentes 
-	Le noyau perd 2 protons et 2 neutrons en émettant une particule α ( noyau   : radioactivité α. Elle concerne surtout les très gros noyaux. 
-	Un proton se transforme en un neutron au sein du noyau : radioactivité ß+
-	Un neutron se transforme en un proton au sein du noyau : radioactivité ß- 
                   CONCLURE

 

7.  Pour chaque noyau instable étudié à la question 4,et à laide l’information ci-dessus

     a. Quel « scénario » de  radioactivité α, ß+, ß-  peut-on envisager pour qu’il se rapproche au  

        mieux de la zone de stabilité ?

     b. Donner la notation symbolique du noyau fils obtenu

8. Compléter la légende du diagramme en faisant figurer les 3 types de radioactivité

9.  La désintégration d’un noyau de polonium Po, peut symboliquement s’écrire :

  + 

     A partir de cet exemple, indiquer ce qui est conservé au cours d’une réaction nucléaire.

Zone de Texte: Bilan Un noyau instable (noyau père) va spontanément modifier la composition de son noyau afin d’acquérir une structure stable : pour cela  il se désintègre au travers d’une réaction nucléaire. Il apparait un nouveau noyau (noyau fils), une particule et un rayonnement électromagnétique γ ( gamma)

Zone de Texte: Lois de Soddy : Au cours d’une réaction nucléaire il y a conservation
•	du nombre de nucléons A
•	du nombre de charge

Raison de l’instabilité du noyau

Type de radioactivité

Principe et nature de l’émission

Equation

Exemple

 

 

    Un trop grand nombre de nucléons (noyaux lourds)

 

 « alpha »

 

 

 

       Emission d’une particule , qui est un noyau d’hélium He

 

 

 X        Y  + He

     226 Ra    et  U     

Ra         Rn  + He

 

            + He

 

 

 

Un trop grand nombre de neutrons

 

« Bêta moins »

 

 

 

 

Dans le noyau père, un neutron se transforme en un proton

Emission d’un électron, noté

 

 

 X          Y + e 

 

             +  e 

 

             +e 

 

 

 

Un trop grand nombre de protons

 

 

« bêta plus « 

 

Dans le noyau père, un proton se transforme en un neutron

Emission d’un positon, noté e

 

 

 

 X          Y  +e

19 Ne   et  30 P

 

           +  e

 

                +  e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Remarques : γ n’apparait pas dans l’équation car pas de charge et pas de masse.

Une réaction nucléaire n’est pas une réaction chimique car il n’y a pas conservation des éléments

 

2.Activité d’un échantillon

 

La désintégration est spontanée, aléatoire.

 

L’activité d’un échantillon radioactif est le nombre de désintégration par seconde. Elle s’exprime en Becquerel ( Bq).

1 Bq correspond à une désintégration par seconde

 

On peut mesurer cette activité avec un compteur Geiger

 

III- FISSION ET FUSION

 

Ce sont des réactions nucléaires provoquées. Elles impliquent plusieurs réactifs. Les lois de Soddy s’appliquent.

 

         1. Fission

Zone de Texte: Lors d’une réaction de fission, un noyau lourd ( Z élevé) éclate sous l’impact d’un neutron. Ces noyaux sont dits fissiles.

 

Ce type de réaction est utilisé dans les centrales nucléaires. Elle doit être contrôlée car les neutrons émis peuvent à leur tour provoquer de nouvelles fissions (réaction en chaine)

 

         2. Fusion

Zone de Texte: Lors d’une réaction de fusion, deux noyaux légers s’associent pour former un noyau plus lourd. De l’énergie est libérée lors de cette réaction.

 

Remarques : * Pour faire fusionner deux noyaux portant une charge +, il faut de l’énergie (due à l’interaction électromagnétique)

* Dans le soleil ce type de réaction est spontané car la température est très élevée ainsi que la pression.

 

IV- ENERGIE NUCLEAIRE : activité 3 p137

 

1.Fission : 1+235=94+139+3×1

0+92=38+54+0

Fusion :      2+3 = 4+1

                   1+1=2+0

 

2. La méthode la plus répandue de produire le deutérium ou l'eau lourde au niveau industriel est le traitement de l'eau ordinaire par distillation, électrolyse ou échange isotopique pour en augmenter le pourcentage de deutérium. On peut également traiter l'hydrogène industriel ou le gaz de synthèse ammoniac, eux-mêmes provenant du traitement du gaz naturel ou du pétrole. Le deutérium lui-même est extrait de l'eau lourde ³par voie électrolytique².

Du tritium artificiel est  produit par l'Homme en plus grande quantité depuis les années 1940, via les explosions nucléaires, ou en bombardant du lithium par un flux neutronique. C'est le cas dans le réacteur d'une centrale nucléaire.

Dans un réacteur à eau pressurisée, de l'acide borique est utilisé comme « poison » consommable. Le bore 10 peut parfois occasionnellement17 subir une fission ternaire (n, T, 2α), conduisant à deux atomes d'hélium et un de tritium18 .

 

3. Réactifs : deutérium et tritium      Produits : particule alpha et neutron

Δm== 3,13610-27 kg

 

4. Elibérée = = 2,818.10-12 J = 17,61 eV

 

Zone de Texte: Bilan activité 3 p 137 :
•	Lors d’une réaction nucléaire, la masse des produits est inférieure à la masse des réactifs. La masse manquante est appelée perte de masse ( ou « défaut de masse) et s’exprime par 
Δ m = mproduits – mréactifs < 0
•	Lors d’une réaction nucléaire, l’énergie libérée s’exprime par 
Elibérée =  


Remarque : Toute particule du fait de sa masse m possède une énergie appelée énergie de masse notée E telle que E =  ( relation d’Einstein )