Cours Physique - Série S: Energie du noyau

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Fiche de révision Physique: Réactions nucléaires

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• Publié le: 07 mars 2014
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• Langue: Français

Extrait

Nº : 36004

Plan de la fiche

I - Définitions II - Règles III - Méthodologie

I - Définitions

Fiche Cours

PHYSIQUE

Fiche 4 : Énergie du noyau

• Energie de masse :énergie potentielle que tout système matériel de masse m possède.

Série S

• Défautde masse : différenceentre la somme des masses des nucléons pris séparément d’un noyau et la masse du noyau correspondant. Ledéfaut de masse est une grandeur positive. A Pour un noyau X , ledéfaut s’exprime par : ∆m = Zm+ (A - Z) m- m où m , m et m sont respectivement la masse d’un proton, Z PNXXP N la masse d’un neutron et la masse du noyau.

• Energie de liaison d’un noyau :différence entre la somme des énergies de masse de ses nucléons pris séparément et son énergie de masse.

• Fission nucléaire :La fission est provoquée en bombardant un noyaudivision d’un noyau atomique lourd en noyaux plus légers. lourd (noyau fissile) par des neutrons.Elle s’accompagne de l’expulsion de neutrons.

• Fusion nucléaire :Elle s’accompagne de l’expulsion d’un proton et d’un neutron.réunion de deux noyaux légers en un seul.

• Réaction exothermique :réaction libérant de l’énergie.

• Réaction endothermique :réaction nécessitant un apport extérieur d’énergie.

• Réaction athermique :réaction au cours de laquelle l’énergie totale du système ne varie pas.

II - Règle

Propriétés • Propriété n°1 L’énergie de masse d’un corps s’exprime par la relation d’Einstein : 2 E = mc où m est la masse du corps et c est la célérité de la lumière dans le vide. L’énergie de masse d’un corps s’exprime en joules (J) dans le système international. Cependant, dansle domaine atomique,on utilise une autre unité d’énergie : l’électronvolt (eV) tel que 1 eV ≈ 1,6.10J . -19 Les phénomènes nucléaires sont caractérisés par des énergies de l’ordre du megaélectronvolt : 1 MeV = 1,6.10J. -13

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Nº : 36004

Fiche Cours

PHYSIQUE

• Propriété n°2 L’énergie de liaison d’un noyau s’exprime par : E= [Zm+ (A - Z).m- mc] c 2 2 l PN Soit : E= ∆mc 2 l Conséquence :plus un noyau est lourd,plus son énergie de liaison est importante.

Série S

• Propriété n°3 Pour évaluer la stabilité d’un noyau,on utilise l’énergie moyenne de liaison par nucléon E/ A (rapport de l’énergie de liaison du l noyau par son nombre de masse). Un noyau est d’autant plus stable que son énergie de liaison par nucléon est élevée. La courbe d’Aston représente les variations de (- E/ A) en fonction de A . l La courbe présente un minimum pour A ≈ 60 : lazone concernée correspond aux noyaux les plus stables. Conséquences : - pour les noyaux légers (situés à gauche du minimum de la courbe d’Aston), / A)(- E décroît fortement quand A augmente ; l - pour les noyaux lourds (situés à droite du minimum de la courbe d’Aston), (- E/ A) croît lentement quand A augmente. l

Dans la fusion nucléaire,deux noyaux légers fusionnent pour former un noyau plus lourd et plus stable car il y a augmentation de (E /A) . l Dans la fission nucléaire, un noyau lourd « fissionne » pour donner deux noyaux plus légers et plus stables car il y a augmentation de (E /A) . l

• Propriété n°4 La fusion nucléaire et la fission nucléaire sont des réactions exothermiques,se traduisant par une diminution de la masse du système : 2 ∆E = E- E= (m- m) c produits réactifsproduits réactifs Soit : ∆E < 0

 Une réaction endothermique (∆E > 0) s’accompagne d’une augmentation de la masse du système et une réaction athermique (∆E = 0) n’entraîne aucune variation de la masse du système.

• Propriété n°5 Les réactions de fusion et de fission nucléaires nécessitent un amorçage. Ce sont des réactions provoquées : - tempéature de l’ordre de cent millions de degrés K pour la fusion nucléaire ; - utilisation de neutrons comme projectiles pour la fission nucléaire.

• Propriété n°6 Lors de réactions nucléaires provoquées,il y a conservation du nombre de nucléons, de la charge électrique totale et de l’énergie totale (= énergie de masse + énergie de liaison) .

• Propriété n°7 La fission nucléaire est une réaction en chaîne car la réaction correspondante produit deux ou trois neutrons qui peuvent chacun à leur tour amorcer d’autres réactions de fission. Lorsqu’elle est contrôlée,la réaction en chaîne est exploitable dans une centrale nucléaire.

III - Méthodologie

• La masse d’un noyau atomique est souvent exprimée dans une unité plus adaptée que le kilogramme : c’est l’unité de masse atomique, desymbole u définition est égale au douzième de la masse d’un atome de carbone 12 de masse molaire égale à, qui par -1 12 g.mol 23 -27 Soit : ) = 1,660 54 × 10kg/ (12 × N) = 12 / (12 × 6,02 × 101 u = M C A

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Nº : 36004

Fiche Cours

PHYSIQUE

Série S

Le tableau ci-après indique l’équivalence masse-énergie pour l’électron,le proton et le neutron.

Particule Electron

Proton Neutron

Symbole e 0 -1 1 p 1 1 n 0

Masse enkg -31 9,1094×10 -27 1,6260×10

1,6749×10 -27

L’énergie de masse correspondant à 1 u est d’environ 931,5 MeV . 2 Soit : 1 u = 931,5 MeV / c

Masse enu -4 5,4858×10 1,0073 1,0087

Energie de masse enMeV 0,511 938,3 939,6

• Si l’énoncé précise l’équivalence masse-énergie (1 u ↔ 931,5 MeV) énergies se déterminent à partir des variations de masse, les exprimées en u les énergies se déterminent enle cas,. Si tel n’est pas J puis en eV .

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