Apprendre comme on aime

Rťactions nuclťaires
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Exercices

1/ Le noyau des atomes contient de l'énergie

Comprendre

courbe d'astonRadioactivité

Si on additionne la masse des constituants du noyau d'un atome (les nucléons) et qu'on le compare à la masse totale du noyau, on s'aperçoit que le noyau est trop léger par rapport à ce qu'il devrait être. On dit qu'il y a un défaut de masse. Cette perte de masse est due au fait qu'une partie de la masse du noyau est présente sous forme d'énergie de liaison entre les nucléons. Depuis A Einstein, on sait que la masse équivaut à de l'énergie.
Plus l'√©nergie liant les nucl√©ons sera grande, plus le noyau sera stable et moins il aura de chance d'√™tre sujet √† une r√©action nucl√©aire. On peut voir gr√Ęce √† la courbe d'Aston (Eliaison/nucl√©ons en fonction du nombre de nucl√©ons) que les atomes n'ont pas tous la m√™me √©nergie. Le noyau de l'atome de Fer est le plus stable de tous les √©l√©ments.

Appliquer

vallée de la stabilité

On peut savoir quelle est l'√©nergie contenue dans un noyau gr√Ęce √† la c√©l√®bre formule E=mc¬≤
E représente l'énergie du noyau
m représente le défaut de masse
c représente la vitesse de la lumière =3.108m/s

Chaque noyau contient un nombre de neutrons o√Ļ il est plus stable. S'il a plus ou moins de neutrons, il sera moins stable et sera plus sujet √† une r√©action nucl√©aire. Cette stabilit√© est tr√®s approximativement atteinte lorsqu'il y a autant de protons que de neutrons. On appelle la vall√©e de la stabilit√©, l'endroit de la courbe o√Ļ les noyaux sont les plus stables et ne risquent pas de r√©agir.

2/ La fission nucléaire est l'éclatement d'un noyau très lourd en plusieurs plus léger.

Comprendre

courbe d'aston fusion fissionFission nucléaire

La majeure partie de l'√©lectricit√© en France est produite gr√Ęce √† la fission d'Uranium ou de Plutonium. Ils poss√®dent tous deux des noyaux tr√®s lourd et sont bien moins stables que le Fer. Ils peuvent facilement se s√©parer en plusieurs noyaux plus petit.Ces noyaux sont donc dit fissibles (car ils peuvent √™tre sujets √† la fission).
Lors d'une fission nucléaire l'Uranium (235U) va se scinder en un atome de Krypton (92Kr ) et un atome de Baryum (141Ba) et va libérer de l'énergie et des neutrons.
Une réaction de fission nucléaire va donc engendrer de nombreux atomes différents souvent eux-mêmes radioactifs, ce qui provoque des complications au niveau du traitement des déchets d'une centrale nucléaire.

Appliquer

anim fission nucl√©aire fission uranium 235r√©action en cha√ģne fission uranium

Pour forcer la fission d'un noyau, on peut projeter un neutron sur le noyau. Gr√Ęce √† l'√©nergie cin√©tique du neutron et au d√©s√©quilibre provoqu√© par sa pr√©sence, le noyau va √©clater en plusieurs noyaux plus petits et lib√©rer de l'√©nergie.

3/ La fission d'un noyau ne peut se prévoir que statistiquement.

Comprendre

demi-vie uraniumdesintegration radioactive demi-vie décroissance radioactivenoyaux stables et demi-vieExplication radioactivité

Plus les √©nergies de liaisons d'un noyau sont faibles et plus ce noyau sera instable. Mais on ne peut pas pr√©voir exactement quand la r√©action nucl√©aire aura lieu car elle para√ģt al√©atoire. Mais si on prend un grand nombre de noyaux identiques, on voit que les noyaux r√©agissent r√©guli√®rement en fonction du temps.
Le carbone 14 (14C) est un isotope radioactif du carbone. Si on prend un grand nombre de carbone 14, on s'aperçoit que la moitié d'entre eux a réagi au bout de 5734 ans.
On peut définir pour chaque atome une durée pour que la moitié de sa population ait réagi, c'est la demie-vie, notée t1/2.
Les atomes vont donc réagir selon une loi statistique: c'est la loi de décroissance radioactive.

3/ Exercices

Comprendre

3/ Datation et demie vieAnimation 
(10 mn)
Jeu de datation par la radioactivité

Onglet demi-vie

Faire plusieurs essais avec une trentaine d'atomes.

Explosent-t-ils toujours à la même date?

Non, on dirait qu'ils explosent par hasard.

On choisit un atome personnalisé.

Que se passe-t-il si on diminue sa demi-vie?

Les atomes réagissent bien plus rapidement.

Onglet Taux de désintégration

Faire réagir la moitié des atomes du seau, observer le graphique et le comparer avec ce qu'il se passe quand on fait réagir la totalité des atomes du seau.

Quelle proportion d'atomes a réagi en une demie-vie?en 2 demi-vies?

En une demie vie 50% de la population aura réagi. En deux demie-vie, la population n'ayant pas réagi diminue encore de moitié, 75% de la population aura donc réagi.

Rappelle la définition de demie-vie.

La demi-vie est le temps nécessaire pour que la moitié d'une population d'atome subissent une réaction nucléaire.

Quelle est la demie-vie du carbone 14? De l'Uranium 238?

Ils ont pour demi-vie 6000 ans et 4,5 milliards d'années.

Onglet Mesure

Planter un arbre et regarder comment évolue le taux de carbone14 dans son tronc. On sait que pendant sa vie, il a absorbé du carbone14 présent naturellement dans l'air.

Explique en quelques phrases comment trouver l'√Ęge d'un arbre fossilis√© si on trouve 20% de carbone14 dans son tronc.

On se reporte √† la courbe pour voir √† quelle √Ęge correspond la proportion de crabone14 mesur√©e.

4/ La fusion nucléaire est le rassemblement de plusieurs petits noyaux en un plus gros.

Comprendre

Devenir physicien atomique à 13 ans

La fusion nucléaire fait l'objet de nombreuses études car elle permettrait de récupérer bien plus d'énergie que la fission comme on peut le constater sur la courbe d'Aston. De plus les réactifs de ces réactions se trouvent en grande quantité d'énergie dans les océans. Enfin, les produits de ces réactions ne sont pas radioactifs, ce qui serait une belle avancée par rapport à la fission nucléaire.
Pour démarrer la fusion, il faut fournir une très grande énergie aux petits atomes (des isotopes de l'hydrogène souvent).

5/ Les quatre interactions fondamentales sont : forte, faible, électromagnétique et gravitationnelle.