Fiche de révision

Physique

Réactions nucléaires provoquées

Centrales nucléaires et Soleil : fission et fusion libèrent une énergie colossale.

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Fiche de révision de Physique : « Réactions nucléaires provoquées », proposée par ndolomath.comndolomath

Réactions nucléaires provoquées

💡 Idée principale : dans une fission, un noyau lourd se casse en deux noyaux plus légers ; dans une fusion, deux noyaux légers s’unissent. Dans les deux cas, la perte de masse libère

E = | Δ m | c^{2}

.

Étapes résumées

Réaction provoquée par un projectile (souvent un neutron).
Fission : uranium 235 + neutron → deux noyaux + neutrons.
Fusion : deutérium + tritium → hélium + neutron.
Énergie libérée : $E = | Δ m | c^{2}$ .

Fission et fusion

Fission

Noyau lourd cassé par un neutron. Réaction en chaîne contrôlée dans les centrales.

≠

Fusion

Noyaux légers réunis à très haute température. Énergie du Soleil.

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1. Exemple de fission

_{92}^{235} U +_{0}^{1} n \to_{38}^{94} Sr +_{54}^{140} Xe + 2_{0}^{1} n

2. Comprendre d’où vient l’énergie

Dans une réaction nucléaire, la masse des produits est un peu plus petite que celle des réactifs. Cette masse « disparue » est transformée en énergie selon $E = Δ m c^{2}$ . Comme $c^{2}$ est énorme, une perte de masse minuscule libère une énergie colossale : 1 g de matière convertie équivaut à environ $9 \times 10^{13} J$ .

Bilan énergétique

3. Exemple de fusion

_{1}^{2} H +_{1}^{3} H \to_{2}^{4} He +_{0}^{1} n

Environ 17,6 MeV libérés par réaction.

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Exemple guidé

Une fission de l’uranium libère environ 200 MeV. Calcule cette énergie en joules.

Solution :

E = 200 \times 10^{6} \times 1, 6 \times 10^{- 19} = 3, 2 \times 10^{- 11} J

.

Avantages et risques

Grande énergie, peu de ${CO}_{2}$ .
Déchets radioactifs à gérer pendant très longtemps.
Risque d’accident (Tchernobyl, Fukushima).

Comparer avec le pétrole

Exercice type

La fission d’un noyau d’uranium 235 libère environ 200 MeV. Quelle énergie libère 1,0 g d’uranium 235 ? Comparer au pétrole ( $4, 2 \times 10^{7} J/kg$ ).

Solution :
Nombre de noyaux :

N = \frac{1, 0}{235} \times 6, 02 \times 10^{23} \approx 2, 56 \times 10^{21}

.

E = 2, 56 \times 10^{21} \times 200 \times 1, 6 \times 10^{- 13} \approx 8, 2 \times 10^{10} J

.
Équivalent pétrole :

\frac{8, 2 \times 10^{10}}{4, 2 \times 10^{7}} \approx 2000 kg

, soit environ 2 tonnes !

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Le Soleil

Fusion de l’hydrogène en hélium.

Centrales

Fission contrôlée de l’uranium.

Déchets

Restent radioactifs très longtemps.

Réaction en chaîne

Les neutrons émis provoquent d’autres fissions.

À toi de jouer

1. Quelle réaction alimente le Soleil ?

2. Quelle particule déclenche la fission de l’uranium ?

3. 1 MeV en joules ?

Réponses : la fusion · un neutron · $1, 6 \times 10^{- 13}$ J. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.

Erreurs fréquentes

Conserve A et Z dans les équations.
L’énergie vient du défaut de masse, pas de la combustion.
La fusion exige des températures de millions de degrés.

Méthode

Équilibre A et Z, calcule Δm (produits − réactifs), puis E = |Δm|c².

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Fission et fusion

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2. Comprendre d’où vient l’énergie

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3. Exemple de fusion

Exemple guidé

Avantages et risques

Comparer avec le pétrole

Exercice type

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Déchets

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