Les réactions nucléaires Chapitre 12 : Les réactions nucléaires Les objectifs de connaissance : Connaître les différents types de réactions nucléaires provoquées ; Connaître l’équivalence masse-énergie ; Définir l’électronvolt et l’unité de masse atomique. Les objectifs de savoir-faire : Utiliser les lois de conservation pour écrire l’équation d’une réaction nucléaire ; Utiliser la relation E = mc² ; Calculez l’énergie libérée par une réaction nucléaire. Thème : COMPRENDRE Domaine : Cohésion et transformation de la matière

Voir TP n°10 : « La radioactivité » 1. La fission nucléaire Définition : La fission est une réaction nucléaire provoquée au cours de laquelle un noyau lourd « fissible » donne naissance à deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron. neutrons formation de noyaux plus légers (produits de fission) neutron incident Noyau lourd « explosion » du noyau avec émission d’énergie (rayonnement  et chaleur) Exemple :

A RETENIR : La fission nucléaire s’accompagne d’une libération d’énergie sous forme de chaleur et de l’émission d’un ou plusieurs neutrons susceptibles, à leur tour, de provoquer de nouvelles fissions. On parle alors de réaction en chaîne. Applications : centrale nucléaire (réaction en chaine contrôlée), bombe atomique A (fission en chaîne non contrôlée de noyaux d’uranium 235 ou de plutonium 239). 2. La fusion nucléaire Définition : La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle deux noyaux légers s'unissent (fusionnent) pour former un noyau plus lourd. Exercice : n°7 p147 (à faire en classe)

Application : projet ITER, laser Mégajoule, bombe à hydrogène (ou « bombe H ») 3. L’énergie nucléaire 3.1. Équivalence masse-énergie En 1905, Albert Einstein postule que la masse est une des formes que peut prendre l’énergie. Ainsi, un système au repos, de masse m, possède une « énergie de masse », E, donnée par la relation d’Einstein :  De l’énergie peut donc se « transformer » en masse c'est-à-dire se matérialiser sous forme de particule et inversement une masse peut être convertie en énergie. Remarques : Le joule est une unité inadaptée aux échanges d’énergie à l’échelle microscopique. On préfère alors utiliser l’électronvolt (symbole : eV) et ses multiples. 1 MeV = 1,602.10-13 J

Le kilogramme est une unité inadaptée aux mesures de masses à l’échelle microscopique. On préfère utiliser l’unité de masse atomique (symbole : u) :  3.2. Défaut de masse d’une réaction nucléaire Définition : Lors d’une réaction nucléaire, la masse des produits obtenus est inférieur à la masse des réactifs. La masse manquante est appelée « perte de masse » (ou défaut de masse) et a pour expression : 3.3. Énergie libérée lors d’une réaction nucléaire Définition : On appelle énergie de liaison d'un noyau, l'énergie que doit fournir le milieu extérieur pour séparer ce noyau, au repos, en ses nucléons libres (isolés) et au repos. Elle se note Eℓ et s’exprime en joule (symbole : J).

 C’est ce type d’énergie qui assure la cohésion du noyau. Calcul de l’énergie de liaison :  E0 est toujours inférieure à l’énergie E des particules (protons et neutrons) séparées.

Remarque : on écrit souvent la relation précédente sous la forme : (Avec = défaut de masse en kg) Définition : L’énergie libérée au cours d’une réaction nucléaire correspond à la perte de masse au cours de la réaction. Elle se note Elibérée et s’exprime en joule (symbole : J). Exemple de calcul de l’énergie libérée lors d’une réaction de fusion :

Ordres de grandeur d’énergies libérées : Exercices : n°20 p147, n°24 p148, n°29 p149 & n°31 p150 4. Domaines d’application Production d’énergie (REP) ; Militaire ; …