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2006 :Comparaison des énergies produites par des réactions de fusion et de fission

Détails: Catégorie : Exercices du BAC

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3.1 : Une centrale nucléaire est une usine de production d'électricité. Actuellement ces centrales utilisent la chaleur libérée par des réactions de fission de l'uranium 235 qui constitue le « combustible nucléaire ». Cette chaleur transforme de l'eau en vapeur. La pression de la vapeur permet de faire tourner à grande vitesse une turbine qui entraîne un alternateur produisant l'électricité. Certains produits de fission sont des noyaux radioactifs à forte activité et dont la demi-vie ou période peut être très longue.

3.1.1: Définir le terme demi-vie (ou période). (0,25 point)

3.1.2 : Le bombardement d'un noyau d'uranium 235 par un neutron peut produire un noyau de strontium et un noyau de xénon selon l'équation suivante :

$_{92}^{235}U + _{0}^{1}n \longrightarrow _{Z}^{94}Sr +_{54}^{A}Xe + 3_{0}^{1}n$

3.1.3 : Déterminer les valeurs des nombres A et Z.(0,5 point)

3.1.4 : Calculer en MeV l'énergie libérée par cette réaction de fission.(0,5 point)

3.1.5 : Quelle est l'énergie libérée par nucléon de matière participant à la réaction ?

Données : Unité de masse atomique : $1 u = 1,66054$ . $10^{-27} kg = 931,5 MeV / c^{2}$ ;

Electron-volt : $1 eV = 1,60. 10^{-19} J$ ; Vitesse de la lumière dans le vide : $c = 3,00. 10^{8} m.s^{-1}$

particule ou noyau	neutron	hydrogène 1 ou proton	hydrogène 2 ou deutérium	hydrogène 3 ou tritium	hélium 3	hélium 4	uranium 235	xénon	strontium
symbole	$_{0}^{1}n$	$_{1}^{1}H$	$_{1}^{2}H$	$_{1}^{3}H$	$_{2}^{3}He$	$_{2}^{4}He$	$_{92}^{235}U$	$_{54}^{A}Xe$	$_{Z}^{94}Sr$
symbole	$_{0}^{1}n$	$_{1}^{1}H$	$_{1}^{2}H$	$_{1}^{3}H$	$_{2}^{3}He$	$_{2}^{4}He$	$_{92}^{235}U$	$_{54}^{A}Xe$	$_{Z}^{94}Sr$
Masse en u	1,00866	1,00728	2,01355	3,01550	3,01493	4,00150	234,9942	138,8892	93,8945

3.2 : II existe actuellement un projet dont l'objectif est de démontrer la possibilité scientifique et technologique de la production d'énergie par la fusion des atomes.

La fusion est la source d'énergie du soleil et des autres étoiles.

La réaction de fusion la plus accessible est la réaction impliquant le deutérium et le tritium. C'est sur cette réaction que se concentrent les recherches concernant la fusion contrôlée.

La demi-vie du tritium consommé au cours de cette réaction n'est que de 15 ans.

De plus il y a très peu de déchets radioactifs générés par la fusion et l'essentiel est retenu dans les structures de l'installation ; 90 % d'entre eux sont de faible ou moyenne activité.

3.2.1 : Le deutérium de symbole $_{1}^{2}H$ et le tritium de symbole $_{1}^{3}H$ sont deux isotopes de l'hydrogène.

Après avoir défini le terme « isotopes », donner la composition des noyaux de deutérium et de tritium (0,75 point)

3.2.2 : Qu'appelle-t-on réaction de fusion ? (0,25 point)

3.2.3 : Écrire l'équation de la réaction de fusion entre un noyau de deutérium et un noyau de tritium sachant que cette réaction libère un neutron et un noyau noté X. Identifier le noyau X. (0,75 point)

3.2.4 : Montrer que l'énergie libérée au cours de cette réaction de fusion est de 17,6 MeV. Quelle est alors l'énergie libérée par nucléon de matière participant à la réaction ? (0,75 point)

3.3 : Conclure en indiquant les avantages que présenterait l'utilisation de la fusion par rapport à la fission pour la production d'électricité dans les centrales nucléaires. (0,75 point)

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