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Transformations nucléaires

STE

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Transformation chimique vs transformation nucléaire Alors que les transformations chimiques

impliquent le comportement des électrons des atomes, les transformations nucléaires sont des transformations qui modifient la structure de leur noyau.

Il y a donc réarrangement des particules qui composent le noyau des atomes et formation de nouveaux éléments.

Le nombre de nucléons est généralement modifié lors d’une réaction nucléaire.

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Énergie chimique vs énergie nucléaire Puisque les noyaux des atomes renferment une

grande quantité d’énergie, les réactions nucléaires dégagent des quantités colossales d’énergie, sans commune mesure avec les transformations chimiques.

En théorie, la réaction nucléaire de 1 kg d’uranium pourrait libérer autant d’énergie que la combustion (une transformation chimique) de 2,5 millions de kg de charbon. Avec la technologie utilisée de nos jours, on parle plutôt de 20 000 kg de charbon pour 1 kg d’uranium.

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Comparaison des valeurs énergétiquesCombustible (1 tonne)

Énergie (tep)

Énergie (J) Énergie (kWh)

pétrole 1 4,19 x 1010 11 630bois 0,32 1,35 x 1010 3 721charbon 0,7 2,93 x 1010 8141uranium 13 000 5,44 x 1014 151 190 000

* Les valeurs sont approximatives* Entre 10 000 et 16 000 tep (tonne équivalent pétrole) pour l’uranium

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Forces en jeu dans le noyau Trois types de forces entrent en compétition dans le

noyau. La principale est la force nucléaire forte qui assure la

cohésion des noyaux car est attractive. Elle est responsable aussi de la radioactivité alpha.

La seconde, appelée force électromagnétique, est répulsive mais moins intense.

La troisième force est appelée force nucléaire faible. Ni attractive, ni répulsive, elle agit à l’intérieur même des nucléons. Elle transforme une espèce de nucléon (proton ou neutron) dans l’autre espèce et vice-versa, provoquant la radioactivité bêta.

La stabilité ou l'instabilité d'un noyau sont le résultat de la compétition entre ces trois interactions. Source: http://

www.laradioactivite.com/fr/site/pages/Forces_Nucleaires.htm

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La force nucléaire forte À grande distance, et ici cela signifie des

distances de l'ordre de 10-10 m à 10-14 m, la force de répulsion coulombienne gouverne l'interaction entre ces protons chargés.

À très courte distance, de l'ordre de 10-15 m, apparait une force nucléaire forte d'attraction proton − proton et proton − neutron, nettement supérieures aux forces de répulsion coulombiennes.

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La stabilité nucléaire La force qui lie ensemble les nucléons

se nomme la force nucléaire. La stabilité nucléaire correspond à l’état

d’un noyau atomique dans lequel la force nucléaire est supérieure aux forces de répulsion électrique entre les protons.

La stabilité du noyau dépend de 2 facteurs… Sa taille Le nombre de neutrons qu’il contient

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Dans les atomes légers, le nombre de neutrons équivaut approximativement au nombre de protons (rapport n:p = 1:1).

À mesure que le numéro atomique d’un atome croît, le nombre de neutrons doit augmenter plus rapidement pour assurer la stabilité du noyau (le rapport n:p tend vers 1,5:1).

Cependant, parce que la force nucléaire n’agit que sur une courte distance, la cohésion du noyau est difficile à maintenir lorsque les nucléons deviennent nombreux et que le noyau grossit.

Pour cette raison les noyaux des éléments dont le numéro atomique dépasse 83 sont tous instables; ils ont tendance à se désintégrer pour former d’autres éléments plus petits (on dit qu’ils sont « radioactifs »).

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La radioactivité

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La radioactivité C’est un processus naturel au cours

duquel un atome instable se transforme spontanément en 1 ou plusieurs atomes plus stables, tout en émettant des rayonnements radioactifs et de l’énergie

Une partie de la masse de ces noyaux instables est transformée en énergie lors de cette transformation (E = mc2)

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http://www.edumedia-sciences.com/fr/a59-fission-nucleaire http://www.youtube.com/watch?v=0XGS3vDDIHA http://

encyclopedie-electricite.edf.com/transversal/media_nuc/nuc_anim_01.html

http://www.educationscotland.gov.uk/highersciences/physics/animation/hadrons.asp

123 types de rayonnements1. Le rayon alpha (α) ou particule alphaCette particule est un noyau d’hélium

C’est une particule qui possède donc une masse en plus d’une charge positive de 2+

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2. Le rayon bêta (β)C’est un électron, donc une

particule négative qui possède une masse en plus de sa charge de 1-.

3. Le rayon gamma (γ)C’est une onde électromagnétique

de grande énergie, donc sans charge, ni masse.

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Voir OBS p 126-127 pour description des particules

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La désintégration alphaElle se produit lorsqu’un

noyau d’atome instable éjecte une particule alpha.

Elle produit un noyau qui contient 4 nucléons de moins (2 protons et 2 neutrons).

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Le rayonnement bêta Il est causé par la transformation

d’un neutron en proton au sein d’un noyau instable.

Un électron est éjecté lors de ce processus (rayon bêta). Le carbone 14 se transforme en azote 14

lors d’une désintégration bêta. (6p+ et 8n0) → (7p+ et 7n0) + 1é + É VOIR p 138

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Formation du plutonium

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Pouvoir de pénétration des rayonnements radioactifs

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La demi-vie Il est impossible de prédire le moment

précis où un atome instable va se désintégrer.

On peut par contre prévoir le temps nécessaire pour que la moitié d’une quantité donnée de matière radioactive se désintègre; c’est sa demi-vie.

P 128-129 OBS

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Demi-vie de quelques isotopes radioactifs

Source: Wikipedia

isotope Demi-vieIode 131 8,0207 joursCobalt 60 5,2714 ansKrypton 85 10,76 ansStrontium 90 28,78 ansRadium 226 1 602 ansCarbone 14 5730 ansPlutonium 239 24 110 ansIode 129 17,7 x 107 ansUranium 238 4,5 x 109 ans

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http://www.cea.fr/jeunes/mediatheque/animations-flash/radioactivite/la-datation-par-le-carbone-14

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Les deux types de transformations nucléaires On parvient à provoquer des réactions

nucléaires en bombardant des noyaux atomiques avec des particules ou d’autres noyaux se déplaçant à grande vitesse La fission nucléaire et la fusion nucléaire

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La fission nucléaire Cette réaction consiste à briser le noyau

d’un gros atome pour former 2 ou plusieurs noyaux d’atomes plus légers

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La fusion nucléaire La fusion nucléaire consiste à fusionner 2

petits noyaux d’atomes pour en former un plus lourd.

Le soleil transforme 600 millions de tonnes d'hydrogène en hélium toutes les secondes.

http://www.planete-energies.com/fr/l-energie-demain/les-voies-du-futur/la-fusion-nucleaire/la-fusion-nucleaire-comment-ca-marche-295.html infos sur la fusion

Avantages de la fusion Le rendement énergétique de la fusion est

très supérieur à celui de la fission Elle génère moins de déchets radioactifs

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Pour le plaisir http://

www.cea.fr/jeunes/mediatheque/animations-flash/radioactivite/le-reacteur-a-eau-pressurisee plusieurs animations flash sur la radioactivité

http://www.youtube.com/watch?v=lKH-vLONLKU 7 min http://

www.dailymotion.com/video/xjxb0s_explique-moi-l-energie-l-energie-nucleaire_tech daily motion 12 minutes (à voir à la maison)

http://www.cea.fr/jeunes/mediatheque/animations-flash/radioactivite/la-reaction-de-fusion

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https://www.youtube.com/watch?v=hpLQUKhFXwE 47 min centrale fukushima

https://www.youtube.com/watch?v=qwJRBxK7k5Y fukushima 54 min