Conservation de l’énergie Thème 3 – Chapitre 7. III - Énergie nucléaire.
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Conservation de l’énergie
Thème 3 – Chapitre 7
III - Énergie nucléaire
III - Énergie nucléaire
Source : Wikipédia - http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_nucl%C3%A9aire consulté le 16/03/2014
Réaction nucléaire
nucléus = noyau
III - Énergie nucléaire
Exemple de réaction nucléaire spontanée
14C614N7
-10e
eNC 01
147
146
Exemple de réaction nucléaire spontanée
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
Exemple de réaction nucléaire spontanée
eNC 01
147
146
Quelles grandeurs sont conservées au cours de cette réaction ?
III - Énergie nucléaire
Source : Wikipédia - http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_nucl%C3%A9aire consulté le 16/03/2014
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 ?
III - Énergie nucléaire
1p1
2H1
1p1
0e1
eHHH 01
21
11
11
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
III - Énergie nucléaire
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
Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau
Masse totale des nucléons séparés
Noyau AX Z Masse du noyau : m( )AX Z
Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau
Masse totale : m = Z m(p) + (A-Z) × m(n)
Masse totale des nucléons séparés
Noyau AX Z
Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau
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
Elibérée = (mavant – maprès) c2
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 = (mavant – maprès) c2
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.
Source : Wikipédia - http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_nucl%C3%A9aire consulté le 16/03/2014
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