et réactions nucléaires Chapitre P10 (livre p164) Radioactivité et réactions nucléaires I- Réactions nucléaires spontanées : Activité documentaire N°1 à coller 1

1- RAPPEL de 2nde : Nombre de masse nombre de nucléons Symbole de l’élément Numéro atomique nombre de protons, donc nombre de charges positives N =A – Z nombre de neutrons Hydrogène 11H Deutérium 21H Tritium 31H

2- Manifestation de la radioactivité : atome et anim_rayons  Particule β+ (anti-électron = posit(r)on) Particule α (noyau d’hélium) Rayons γ (rayons X) Rayonnement à ν élevée, donc λ courte 2 protons et 2 neutrons 1 charge élémentaire positive 00γ Très pénétrant (arrêté forte épaisseur de béton ou plomb) Peu pénétrant (arrêté par qlq mm d’air ou de papier Pénétrant (arrêté par qlq mm d’Al ou verre)

3- Comportement des noyaux stables et instables : diagrammeZN_1  et/ou  diagrammeZN_2 Noyau émetteur α Noyau émetteur β- Noyau émetteur β+

4- Ecriture de l’équation de réaction nucléaire : Lois de conservation ou lois de Soddy Lois de conservation (Lois se Soddy) au cours d’une réaction nucléaire : Conservation du nombre de nucléons, soit A = A1 + A2 Conservation du nombre de la charge électrique, soit Z = Z1 + Z2

00γ Particule β+ (anti-électron = posit(r)on) Particule α (noyau d’hélium) Rayons γ (rayons X) Rayonnement à ν élevée, donc λ courte 2 protons et 2 neutrons 1 charge élémentaire positive 00γ Peu pénétrant (arrêté par qlq mm d’air ou de papier Pénétrant (arrêté par qlq mm d’Al ou verre) Très pénétrant (arrêté forte épaisseur de béton ou plomb) 6

5- Mesure de la radioactivité : Becquerel, Sievert, Geiger  et anim_radioactivite  Le Becquerel est l’unité de mesure de l’activité A qui correspond au nombre de désintgration par unité de temps (1Bq = 1 désintégration par s) Son appareil de mesure est le compteur Geiger. - Le Sievert est l’unité de mesure de la dose reçue, soit l’exposition aux rayonnements

Cours : Les réactions nucléaires spontanées sont responsables de : - la radioactivité naturelle, les noyaux instables existent dans la nature (émetteurs α ou β-). - la radioactivité artificielle, les noyaux instables sont créés en laboratoire (émetteurs β+). L’activité A (en becquerel, Bq) d’un échantillon radioactif dépend de la masse et diminue au cours du temps. On a A/2 a bout d’une durée appelé demi-vie, t1/2. Courbe A = f(t)

II- Réactions nucléaires provoquées : Activité documentaire N°2 à coller 1- La fission nucléaire : réaction en chaîne  fission  La fission nucléaire est une réaction au cours de laquelle un noyau lourd dit …………… va se …………………… en deux noyaux plus ………………… sous l’impact d’un …………………………… Cette réaction libère une grande quantité d’………………… et 2 …………… supplémentaires en moyenne. Autre exemple :

II- Réactions nucléaires provoquées : Activité documentaire N°2 à coller 1- La fission nucléaire : réaction en chaîne  fission  La fission nucléaire est une réaction au cours de laquelle un noyau lourd dit fissile va se scinder en deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron. Cette réaction libère une grande quantité d’énergie et 2 neutrons supplémentaires en moyenne. Autre exemple : 10

2- La fusion nucléaire : fusion ………….. fusion La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle deux noyaux ………………… s’assemblent pour former un noyau plus ………………………… tout en émettant très fréquemment un ………………………... Cette réaction libère une grande quantité d’………………… et le plus souvent 1 ……………… très rapide. 11

2- La fusion nucléaire : 31H tritium 42He hélium 4 21H deutérium 10n ………….. 21H deutérium 10n neutron fusion La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle deux noyaux légers s’assemblent pour former un noyau plus lourd tout en émettant très fréquemment un neutron. Cette réaction libère une grande quantité d’énergie et le plus souvent 1 neutron très rapide. 12

3- Domaines d’utilisation de la radioactivité : REP Production d’électricité (fission et ITER fusion) Les étoiles (fusion) Traitements des déchets radioactifs médical 13

3- Domaines d’utilisation de la radioactivité : REP Production d’électricité (fission et ITER fusion) Les étoiles (fusion) Traitements des déchets radioactifs médical

III- Bilan d’énergie : Défaut_masse 1- Perte de masse et énergie libérée pendant une réaction nucléaire : Fusion : Fission :

2- Relation d’équivalence entre masse et énergie : Données : - mn = 1,67492·10-27 kg = 1,00866 u - mp = 1,67263·10-27 kg = 1,007 28 u - c = 2,997 924 58·108 m·s-1 Au XXème s, j’ai reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour l’effet photoélectrique (chap P4), je suis …………………………………………… Mon travail est notamment connu pour l’équation qui quantifie l’énergie contenue par la masse d’un système au repos : énergie de masse. Lorsqu’il y a diminution de la masse d'un système, cela implique la libération d'énergie vers l'extérieur : (perte de masse Δm = mf – mi < 0).

2- Relation d’équivalence entre masse et énergie : Données : - mn = 1,67492·10-27 kg = 1,00866 u - mp = 1,67263·10-27 kg = 1,007 28 u - c = 2,997 924 58·108 m·s-1 Au XXème s, j’ai reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour l’effet photoélectrique (chap P4), je suis Albert Einstein Mon travail est notamment connu pour l’équation qui quantifie l’énergie contenue par la masse d’un système au repos : énergie de masse. Lorsqu’il y a diminution de la masse d'un système, cela implique la libération d'énergie vers l'extérieur : (perte de masse Δm = mf – mi < 0). E en J E = m×c2 m en kg c en m·s-1 17

2- Relation d’équivalence entre masse et énergie : Données : - mn = 1,67492·10-27 kg = 1,00866 u - mp = 1,67263·10-27 kg = 1,007 28 u - c = 2,997 924 58·108 m·s-1 Au XXème s, j’ai reçu le prix Nobel de physique en 1921 pour l’effet photoélectrique (chap P4), je suis Albert Einstein Mon travail est notamment connu pour l’équation qui quantifie l’énergie contenue par la masse d’un système au repos : énergie de masse. Lorsqu’il y a diminution de la masse d'un système, cela implique la libération d'énergie vers l'extérieur : (perte de masse Δm = mf – mi < 0). E en J E = m×c2 m en kg c en m·s-1 ΔE = lΔml×c2 > 0 18

3- Défaut de masse et énergie : Cours : - Le défaut de masse d’un noyau est la différence entre la masse des nucléons isolés au repos et la masse expérimentale du noyau au repos : Δm(AZX) = [Zmp + (A-Z)mn] – mnoyau > 0 Au défaut de masse est associée une énergie qui assure la cohésion du noyau : c’est l’énergie de liaison du noyau : Eliaison = Δm(AZX)×c2 > 0 Pour comparer la stabilité de deux noyaux, il faut étudier l’énergie de liaison par nucléon, le plus stable étant celui qui a la plus plus grande.

REMARQUE : la courbe d’Aston permet d’expliquer fusion ou fission à partir de l’énergie liaison par nucléon.