Chapitre P10 (livre p164)

RadioactivitéRadioactivitéet réactions nucléaireset réactions nucléaires

Activité documentaire N°1 à coller

I- Réactions nucléaires spontanées :I- Réactions nucléaires spontanées :

Hydrogène1

1HDeutérium

21H

Tritium3

1H

1- RAPPEL de 2nde :

ZAX

Nombre de masse

nombre de nucléons

Numéro atomique

nombre de protons, donc nombre de charges positives

Symbole de l’élément

N =A – Z

nombre de neutrons

2- Manifestation de la radioactivité :

Particule α

(noyau d’hélium)

Particule β+ (anti-électron = posit(r)on)

Rayons γ (rayons X)

2 protons et 2 neutrons

1 charge élémentaire

positive

Rayonnement à ν

élevée, donc λ courte

24He 0

1ePeu pénétrant (arrêté par qlq mm d’air ou de

papier

Pénétrant (arrêté par qlq mm d’Al

ou verre)

Très pénétrant (arrêté forte épaisseur de

béton ou plomb)

00γ

atome et anim_rayons 

3- Comportement des noyaux stables et instables :

Noyau émetteur

α

Noyau émetteur

β+

Noyau émetteur

β-

diagrammeZN_1  et/ou  diagrammeZN_2

4- Ecriture de l’équation de réaction nucléaire : Lois de conservation ou lois de Soddy

Lois de conservation (Lois se Soddy) au cours d’une réaction nucléaire :

- Conservation du nombre de nucléons,

soit A = A1 + A2

- Conservation du nombre de la charge électrique,

soit Z = Z1 + Z2

Particule α

(noyau d’hélium)

Particule β+ (anti-électron = posit(r)on)

Rayons γ (rayons X)

2 protons et 2 neutrons

1 charge élémentaire

positive

Rayonnement à ν

élevée, donc λ courte

24He 0

1ePeu pénétrant (arrêté par qlq mm d’air ou de

papier

Pénétrant (arrêté par qlq mm d’Al

ou verre)

Très pénétrant (arrêté forte épaisseur de

béton ou plomb)

00γ

5- Mesure de la radioactivité :

- Le Sievert est l’unité de mesure de la dose reçue, soit l’exposition aux rayonnements

- Le Becquerel est l’unité de mesure de l’activité A qui correspond au nombre de désintgration par unité de temps (1Bq = 1 désintégration par s) Son appareil de mesure est le compteur Geiger.

Becquerel, Sievert, Geiger  et anim_radioactivite 

Les réactions nucléaires spontanées sont responsables de :

- la radioactivité naturelle, les noyaux instables existent dans la nature (émetteurs α ou β-).

- la radioactivité artificielle, les noyaux instables sont créés en laboratoire (émetteurs β+).

Cours :

L’activité A (en becquerel, Bq) d’un échantillon radioactif dépend de la masse et diminue au cours du temps. On a A/2 a bout d’une durée appelé demi-vie, t1/2.Courbe A = f(t)

II- Réactions nucléaires provoquées :II- Réactions nucléaires provoquées :

Activité documentaire N°2 à coller

1- La fission nucléaire :

.................................37

14055

23892

10 CsUn

fission 

réaction en chaîne 

La fission nucléaire est une réaction au cours de laquelle un noyau lourd dit ……………va se …………………… en deux noyaux plus ………………… sous l’impact d’un ……………………………Cette réaction libère une grande quantité d’………………… et 2 …………… supplémentaires en moyenne.Autre exemple :

.................................9336

23892

10 KrUn

II- Réactions nucléaires provoquées :II- Réactions nucléaires provoquées :

Activité documentaire N°2 à coller

1- La fission nucléaire :

.................................37

14055

23892

10 CsUn

fission 

réaction en chaîne 

La fission nucléaire est une réaction au cours de laquelle un noyau lourd dit fissileva se scinder en deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron.Cette réaction libère une grande quantité d’énergie et 2 neutrons supplémentaires en moyenne.Autre exemple :

.................................9336

23892

10 KrUn

2- La fusion nucléaire :

………….. …………..

………….. …………..fusion

La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle deux noyaux ………………… s’assemblent pour former un noyau plus ………………………… tout en émettant très fréquemment un ………………………...Cette réaction libère une grande quantité d’………………… et le plus souvent 1 ……………… très rapide.

2- La fusion nucléaire :

………….. …………..

………….. …………..fusion

La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle deux noyaux légers s’assemblent pour former un noyau plus lourd tout en émettant très fréquemment un neutron.Cette réaction libère une grande quantité d’énergie et le plus souvent 1 neutron très rapide.

31H

tritium

21H

deutérium

42He

hélium 4

10n

neutron

3- Domaines d’utilisation de la radioactivité :

REP

médicalProduction d’électricité

(fission et ITER fusion)

Les étoiles

(fusion)

Traitements des

déchets radioactifs

3- Domaines d’utilisation de la radioactivité :

REP

médicalProduction d’électricité

(fission et ITER fusion)

Les étoiles

(fusion)

Traitements des

déchets radioactifs

III- Bilan d’énergie :

1- Perte de masse et énergie libérée pendant une réaction nucléaire :

nHeHH 10

42

31

21

nnnBaKrUn 10

10

10

14356

9336

23892

10

Fusion :

Fission :

Défaut_masse

2- Relation d’équivalence entre masse et énergie :

Au XXème s, j’ai reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour l’effet photoélectrique (chap P4), je suis ……………………………………………Mon travail est notamment connu pour l’équation

qui quantifie l’énergie contenue par la masse d’un système au repos : énergie de masse.Lorsqu’il y a diminution de la masse d'un système, cela implique la libération d'énergie vers l'extérieur :

(perte de masse Δm = mf – mi < 0).

Données : - mn = 1,67492·10-27 kg = 1,00866 u- mp = 1,67263·10-27 kg = 1,007 28 u- c = 2,997 924 58·108 m·s-1

2- Relation d’équivalence entre masse et énergie :

Au XXème s, j’ai reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour l’effet photoélectrique (chap P4), je suis Albert EinsteinMon travail est notamment connu pour l’équation

qui quantifie l’énergie contenue par la masse d’un système au repos : énergie de masse.Lorsqu’il y a diminution de la masse d'un système, cela implique la libération d'énergie vers l'extérieur :

(perte de masse Δm = mf – mi < 0).

E en JE = m×c2 m en kg

c en m·s-1

Données : - mn = 1,67492·10-27 kg = 1,00866 u- mp = 1,67263·10-27 kg = 1,007 28 u- c = 2,997 924 58·108 m·s-1

2- Relation d’équivalence entre masse et énergie :

Au XXème s, j’ai reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour l’effet photoélectrique (chap P4), je suis Albert EinsteinMon travail est notamment connu pour l’équation

qui quantifie l’énergie contenue par la masse d’un système au repos : énergie de masse.Lorsqu’il y a diminution de la masse d'un système, cela implique la libération d'énergie vers l'extérieur :

(perte de masse Δm = mf – mi < 0).

E en JE = m×c2 m en kg

c en m·s-1

ΔE = lΔml×c2 > 0

Données : - mn = 1,67492·10-27 kg = 1,00866 u- mp = 1,67263·10-27 kg = 1,007 28 u- c = 2,997 924 58·108 m·s-1

3- Défaut de masse et énergie :

Cours :

- Le défaut de masse d’un noyau est la différence entre la masse des nucléons isolés au repos et la masse expérimentale du noyau au repos :

Δm(AZX) = [Zmp + (A-Z)mn] – mnoyau > 0

-Au défaut de masse est associée une énergie qui assure la cohésion du noyau : c’est l’énergie de liaison du noyau :

Eliaison = Δm(AZX)×c2 > 0

- Pour comparer la stabilité de deux noyaux, il faut étudier l’énergie de liaison par nucléon, le plus stable étant celui qui a la plus plus grande.

REMARQUE : la courbe d’Aston permet d’expliquer fusion ou fission à partir de l’énergie liaison par nucléon.