T.S.1 C.I.R.A Donné en février 2006 REACTIONS NUCLEAIRES
EXERCICE :
La fusion nucléaire contrôlée
Depuis plusieurs années des recherches sont menées en Europe sur les réactions de fusion nucléaire contrôlées. Elles concernent principalement les isotopes de l’hydrogène : le deutérium et le tritium.
Le mélange réagissant doit être porté à très haute température, d’où l’expression énergie thermonucléaire désignant l’énergie libérée dans ce type de réactions.
À long terme, l’énergie thermonucléaire pourra remplacer l’énergie des centrales à fission actuelles.
Données :
| Particules | Neutron | Proton | Électron |
| Symbole | |
|
|
| 1,00866 | 1,00728 | 0,00055 |
| Noyaux | hydrogène |
deutérium |
Tritium |
Hélium 3 |
Hélium 4 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
1,00728 |
2,01355 |
3,01550 |
3,01493 |
4,00150 |
1 eV = 1,6.10-19 J ; 1 u = 931,5 MeV/c2.
1.1) Donner la composition du noyau de deutérium.
1.2) Nommer un isotope du deutérium et donner la composition de son noyau.2) Actuellement les recherches sont menées sur un
mélange deutérium – tritium ; plusieurs réactions nucléaires sont possibles.
Par exemple, avec 2 noyaux de
deutérium, on peut avoir :
- la réaction (1) : 
- ou la réaction (2) : 
Pour chacune de ces réactions (1) et (2), donner en
justifiant le nom et le symbole des noyaux formés : 
et 
.
3) Courbe d’Aston :
Au cours des chocs, les noyaux sont dissociés en nucléons
séparés puis de nouveaux noyaux sont formés. Il faut donc fournir de l’énergie
au noyau pour le dissocier. Cette énergie comptée positivement est au moins
égale à l’énergie de liaison des noyaux. Plus le noyau contient de nucléons,
plus l’énergie de liaison est importante.
3.1) Pour comparer la
stabilité des noyaux entre eux, on utilise l’énergie de liaison par nucléon. La
courbe d’Aston donnée en annexe 1 représente l’opposée de l’énergie de
liaison par nucléon (
) en fonction du nombre de nucléons A.
Indiquer sur la courbe, par des
hachures, la zone où l’on trouve les noyaux les plus stables.
3.2) Parmi les réactions
de fusion possibles dans les « tokamaks », la réaction entre le deutérium et le
tritium libère le plus d’énergie.
La réaction (3) s’écrit : 
L’énergie de liaison par nucléon du noyau de tritium est
d’environ 2,8 MeV.
3.2.1. Repérer sur la courbe la place du noyau de tritium.
3.2.2. Comparer à partir
de la courbe d’Aston l’énergie de liaison par nucléon de aux énergies de
liaison de 
et
. Dégager l’intérêt énergétique de la réaction (3).
Montrer que l’énergie libérée par la réaction (3) vaut 17,6
MeV.
|
|
|
|
