Conservation de l’énergie Thème 3 – Chapitre 7. III - Énergie nucléaire.

Conservation de l’énergie

Thème 3 – Chapitre 7

III - Énergie nucléaire


Source : Wikipédia - http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_nucl%C3%A9aire consulté le 16/03/2014

Réaction nucléaire

nucléus = noyau


Exemple de réaction nucléaire spontanée

14C614N7

-10e

eNC 01

147

146


14C614N7

-10e

eNC 01

147

146

Datation de matière organique dont le carbone n’est plus recyclé depuis moins de 50 000 ans

Source : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mummy_Louvre.jpg consulté le 16/03/2014


eNC 01

147

146

Quelles grandeurs sont conservées au cours de cette réaction ?

Source : Areva

http://www.areva.com/FR/activites-807/la-fabrication-des-assemblages-de-combustible.html

Consulté le 16/03/2014

235U

1n0

92

94Sr38

140Xe541n0

1n0

nXeSrnU 10

14054

9438

10

23592 2

235U

1n0

92

94Sr38

140Xe541n0

1n0

nXeSrnU 10

14054

9438

10

23592 2

Quelles grandeurs sont conservées au cours de cette réaction nucléaire de fission ?

1p1

2H1

1p1

0e1

eHHH 01

21

11

11

Chaîne proton – proton de la nucléosynthèse stellaire (un peu simplifiée)

eHHH 01

21

11

11

HeHH 32

21

11

HHeHeHe 11

42

32

32 2

qui domine pour des étoiles comme le soleil ou de masse plus petite

Réaction nucléaire : transformation d’un ou plusieurs noyaux d’atomes


Pour écrire une équation de réaction nucléaire :- conservation du nombre de nucléons- conservation de la charge électrique

2 catégories de réactions : - spontanées 2 catégories de réactions : - provoquées (apport d’énergie de l’extérieur)

2 types de réactions provoquées :• fission : noyau se brise en deux • fusion : deux noyaux légers fusionnent

III-1- Définitions

III-2- Équation de réaction

Pourquoi une réaction nucléaire libère de l’énergie ?

Noyau AX Z

Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau

Masse du noyau : m( )AX Z

Noyau AX Z Masse du noyau : m( )AX Z


Masse totale des nucléons séparés

Noyau AX Z Masse du noyau : m( )AX Z


Masse totale : m = Z m(p) + (A-Z) × m(n)

Masse totale des nucléons séparés

Noyau AX Z


Masse totale : m = Z m(p) + (A-Z) × m(n) Masse du noyau : m( )AX Z

La formation d’un noyau s’accompagne d’un défaut de masse correspondant à l’énergie de liaison du noyau.

<Masse totale des nucléons séparés

(Z m(p) + (A-Z) × m(n))c² = m( )c² + E AX Z

Énergie de masse des nucléons séparésÉnergie de masse du noyau formé

Énergie libérée lors de la formation du noyau = à l’énergie de liaison du noyau

Comment récupère-t-on de l’énergie nucléaire ?

Noyau AX Z

Comment récupère-t-on de l’énergie nucléaire ?

La perte de masse fois la vitesse de la lumière au carré va correspondre à l’énergie libérée.

Noyau AX Z Noyau X1

Noyau X2

m( )c2 > m (X1)c2 + m(X2)c2

AX Z

Idée : Former des noyaux dont l’énergie de liaison par nucléon est plus importante pour « perdre de la masse »

Elibérée = (mavant – maprès) c2

III-3- Énergie de masse

À toute masse m on peut associer une énergie de masse : E = mc2

où c est la vitesse de la lumière.

L’énergie libérée lors d’une réaction nucléaire est égale à l’énergie de masse perdue par le système


J kg kg m/s

mavant : masse totale des noyaux et particules avant réaction nucléairemaprès : ’’ ’’ après réaction nucléaire.

235U

1n0

92

94Sr38

139Xe541n0

1n0

nXeSrnU 10

14054

9438

10

23592 2

Exemple d’un type de fission de l’Uranium


Elibérée = [m (235U) + m (n) – (m (94Sr) + m (140Xe)+ 2 m(n))] c2

Elibérée = [m (235U) – m (94Sr) - m (140Xe) - m(n)] c2

Elibérée = [390,220 – 232,298 - 155,917 – 1,675] × 10-27 × (3,00 × 108)2

Elibérée = 2,97 × 10-11 J

Elibérée = 1,86 × 108 eV = 186 MeV

1,00 eV = 1,60 × 10-19 J

La fission d’1 noyau d’uranium libère une énergie plus d’un million de fois plus importante que la combustion d’1

molécule d’alcane.

Conservation de l’énergie Thème 3 – Chapitre 7. III - Énergie nucléaire.

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