Conservation de l’énergie Thème 3 – Chapitre 7 Conservation de l’énergie

III - Énergie nucléaire

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

III - Énergie nucléaire Réaction nucléaire nucléus = noyau

Exemple de réaction nucléaire spontanée 7 14C 6 -1 0e

14N 14C Exemple de réaction nucléaire spontanée 0e 7 14C 6 -1 0e 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 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

1n 235U 94Sr 38 1n 140Xe 54 92 1n

1n Quelles grandeurs sont conservées au cours de cette réaction nucléaire de fission ? 235U 94Sr 38 1n 140Xe 54 92 1n

III - Énergie nucléaire

1p 1 2H 1 0e 1  1p 1

1p 1 2H 1 0e 1  1p 1

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

III - Énergie nucléaire III-1- Définitions Réaction nucléaire : transformation d’un ou plusieurs noyaux d’atomes 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-2- Équation de réaction Pour écrire une équation de réaction nucléaire : - conservation du nombre de nucléons - conservation de la charge électrique

Pourquoi une réaction nucléaire libère de l’énergie ?

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

Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau AX Z Masse totale des nucléons séparés Masse du noyau : m( ) AX Z Masse totale : m = Z m(p) + (A-Z) × m(n)

Apport d’énergie E pour séparer les Z protons et les A-Z neutrons du noyau AX Z Masse totale des nucléons séparés < Masse du noyau : m( ) AX Z Masse totale : m = Z m(p) + (A-Z) × m(n) La formation d’un noyau s’accompagne d’un défaut de masse correspondant à l’énergie de liaison du noyau. Énergie libérée lors de la formation du noyau = à l’énergie de liaison du noyau (Z m(p) + (A-Z) × m(n))c² = m( )c² + E AX Z Énergie de masse des nucléons séparés Énergie de masse du noyau formé

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

Elibérée = (mavant – maprès) c2 Comment récupère-t-on de l’énergie nucléaire ? Idée : Former des noyaux dont l’énergie de liaison par nucléon est plus importante pour « perdre de la masse » Noyau X1 Noyau X2 Noyau AX Z m( )c2 > m (X1)c2 + m(X2)c2 AX Z La perte de masse fois la vitesse de la lumière au carré va correspondre à l’énergie libérée. Elibérée = (mavant – maprès) c2

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 nucléaire maprès : ’’ ’’ après réaction nucléaire.

94Sr 235U 139Xe Exemple d’un type de fission de l’Uranium 1n 38 1n 54 Exemple d’un type de fission de l’Uranium 235U 94Sr 38 1n 139Xe 54 92 1n 1,00 eV = 1,60 × 10-19 J 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

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