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

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1 Conservation de l’énergie Thème 3 – Chapitre 7

2 III - Énergie nucléaire

3 Source : Wikipédia - consulté le 16/03/2014

4 Réaction nucléaire nucléus = noyau III - Énergie nucléaire

5 Exemple de réaction nucléaire spontanée 14 C 6 14 N 7 0e0e

6 Exemple de réaction nucléaire spontanée 14 C 6 14 N 7 0e0e Datation de matière organique dont le carbone n’est plus recyclé depuis moins de ans Source : consulté le 16/03/2014

7 Exemple de réaction nucléaire spontanée Quelles grandeurs sont conservées au cours de cette réaction ?

8 III - Énergie nucléaire Source : Wikipédia - consulté le 16/03/2014

9 Source : Areva FR/activites-807/la- fabrication-des- assemblages-de- combustible.html Consulté le 16/03/2014

10 235 U 1n1n Sr Xe 54 1n1n 0 1n1n 0

11 235 U 1n1n Sr Xe 54 1n1n 0 1n1n 0 Quelles grandeurs sont conservées au cours de cette réaction nucléaire de fission ?

12 III - Énergie nucléaire

13 1p1p 1 2H2H 1 1p1p 1 0e0e 1

14 1p1p 1 2H2H 1 1p1p 1 0e0e 1

15 Chaîne proton – proton de la nucléosynthèse stellaire (un peu simplifiée) qui domine pour des étoiles comme le soleil ou de masse plus petite

16 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

17 Pourquoi une réaction nucléaire libère de l’énergie ?

18 Noyau AXAX Z Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau Masse du noyau : m( ) AXAX Z

19 Noyau AXAX Z Masse du noyau : m( ) AXAX Z Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau Masse totale des nucléons séparés

20 Noyau AXAX Z Masse du noyau : m( ) AXAX 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

21 Noyau AXAX 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( ) AXAX 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 AXAX Z Énergie de masse des nucléons séparés Énergie de masse du noyau formé Énergie libérée lors de la formation du noyau = à l’énergie de liaison du noyau

22 Comment récupère-t-on de l’énergie nucléaire ? Noyau AXAX Z

23 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 AXAX Z X1X1 X2X2 m( )c 2 > m (X 1 )c 2 + m(X 2 )c 2 AXAX Z Idée : Former des noyaux dont l’énergie de liaison par nucléon est plus importante pour « perdre de la masse » E libérée = (m avant – m après ) c 2

24 III-3- Énergie de masse À toute masse m on peut associer une énergie de masse : E = mc 2 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 E libérée = (m avant – m après ) c 2 Jkg m/s m avant : masse totale des noyaux et particules avant réaction nucléaire m après : ’’’’ après réaction nucléaire.

25 235 U 1n1n Sr Xe 54 1n1n 0 1n1n 0 Exemple d’un type de fission de l’Uranium E libérée = (m avant – m après ) c 2 E libérée = [m ( 235 U) + m (n) – (m ( 94 Sr) + m ( 140 Xe)+ 2 m(n))] c 2 E libérée = [m ( 235 U) – m ( 94 Sr) - m ( 140 Xe) - m(n)] c 2 E libérée = [390,220 – 232, ,917 – 1,675] × × (3,00 × 10 8 ) 2 E libérée = 2,97 × J E libérée = 1,86 × 10 8 eV = 186 MeV 1,00 eV = 1,60 × J

26 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.

27 Source : Wikipédia - consulté le 16/03/2014


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