enregie nucleaire

1. L’énergie nucléaire
Chap. 2.3 - cours

2. Rappels :
Vallée de stabilité des éléments
• Tous les noyaux ne sont pas stables.
Certains se désintègrent, au bout d’un temps
plus ou moins long, en émettant des
rayonnements de plusieurs sortes, plus ou
moins dangereux. C’est la radioactivité
• On constate que les noyaux stables peuvent
être groupés autour d’une ligne dans le
diagramme N = f (Z).

3. N
Z
Stables
Émetteurs
Émetteurs
Émetteurs
a
b-
b+
Identifier les émetteurs a , b+ et b-
Quelle est la particularité de chacun ?
benaissa

4. Dans le chapitre précédent, on a vu que tous
les noyaux qui ne sont pas dans la vallée de la
stabilité évoluent pour la rejoindre. Pourquoi ?
Instables, ils se désintègrent en émettant un
rayonnement énergétique. Ce rayonnement est
capable d'ioniser la matière ou d'impressionner
une plaque photographique.
D’où vient cette énergie ?

5. 1- D’où vient l’énergie
nucléaire ?

6. 1.1 - Énergie libérée par une
désintégration radioactive
Soit la réaction suivante :
++ HeRnRa 4
2
222
86
226
88
Cette désintégration libère de l'énergie sous
deux formes :
– de l'énergie cinétique
– de l'énergie rayonnante
D'où provient cette énergie ?
?
?
?
?

7. 1.2 - Perte de masse
Comparons la masse des noyaux avant (mav)
et après (map) la désintégration.
Ra226
88Rn222
86 He4
2
Masse (x10-25 kg) 3,7524385 3,6859056 0,0664467
mav = 3,7524385.10-25 kg
map = 3,6859056.10-25 + 0,0664467.10-25 = 3,7523523.10-25 kg
Il n'y a donc pas conservation de la masse !
Il y a une variation de masse : map - mav = - 8,62.10-30 kg

8. 1.3 – Relation d’Einstein
• En 1905 Einstein postule que la masse est
une des formes que peut prendre l'énergie.
• Une particule qui possède une masse est
donc un réservoir d'énergie :
• Qu'est donc devenue la masse perdue
précédemment ?
Toute particule de masse m possède, au
repos, une énergie E0 donnée par la relation :
E0 = m.c 2en Joule
en kg
en m/s

9. 1.4 – Bilan énergétique d’une
désintégration
• Avant la désintégration l'énergie de masse
du noyau de radium est :
2
av
2226
cmc).Ra(m 
• Après la désintégration l'énergie totale
des produits de désintégration est :
+++ EEcc).He(mc).Rn(m 242222

10. On notera Elibérée la somme de l'énergie
cinétique des particules produites et de
l'énergie rayonnante 
Donc on peut écrire :
mav.c2 = map.c2 + Elibérée
(mav - map).c² = énergie libérée
La conservation de l'énergie impose que :
Or
242222
c).He(mc).Rn(m +
= map.c2

11. Finalement on retiendra que l’énergie libérée
lors d’une réaction nucléaire se calcule par la
formule :
(perte de masse).c2 = énergie libérée
Calculer l'énergie correspondant à la
perte de masse de la réaction étudiée
map - mav = - 8,62.10-30 kg
(mav - map).c² = 7,76 . 10-13 J
L’énergie libérée vaut 7,76 . 10-13 J soit 4,85 Mev

12. 2- Énergie de liaison des
noyaux atomiques

13. 2.1- Défaut de masse d'un noyau
1,67492.10-271,67263.10-276,64465.10-27Masse en kg
NeutronProtonHe4
2
• Comparons les masses d'un noyau d'hélium
au repos et celle de ces nucléons au repos
également, mais séparés
mnoyau = 6,64465.10-27 kg
mnucléons = 2 x 1,67263.10-27 + 2 x 1,67492.10-27
mnucléons = 6,69510.10-27 kg

14. 2.1- Défaut de masse d'un noyau
1,67492.10-271,67263.10-276,64465.10-27Masse en kg
NeutronProtonHe4
2
Lorsque le noyau se constitue à partir de ses nucléons,
il perd de la masse donc de l'énergie : le noyau est
dans un état d'énergie inférieur : il est plus stable que
les nucléons séparés.
C'est d'ailleurs bien la raison pour laquelle les
noyaux existent !

15. 2.1- Défaut de masse d'un noyau
1,67492.10-271,67263.10-276,64465.10-27Masse en kg
NeutronProtonHe4
2
La perte de masse qui s’opère lorsque le noyau
se forme est appelée défaut de masse du noyau.
On la note souvent Dm
Dm est proportionnelle à l’énergie nécessaire pour
assurer la cohésion de ce noyau.

17. Pour un noyau , le défaut de
masse Dm est :
(Zmp + ( A-Z)mn) – m( ),
Où mp et mn sont respectivement la
masse du proton et du neutron.
XA
Z
XA
Z

18. 2.2 – L’énergie de liaison
• Le défaut de masse observé précédemment
peut être converti en énergie de liaison :
• E liaison = Dm . c ²
• Elle correspond à l’énergie qu’il faudrait
fournir au noyau pour séparer ses nucléons.
• La stabilité d’un noyau dépend de l’énergie
de liaison qu’il possède.

19. 3 – Bilan énergétique des
réactions nucléaires

20. 3.1 – La réaction de fission
nucléaire

21. 3.2 – La réaction de fusion
nucléaire

22. 3.3 – Energie libérée lors d’une
réaction nucléaire
• Lors d’une réaction nucléaire, la masse des
produits obtenus est inférieure à celle des
réactifs. La perte de masse se note Dm
• Cette perte de masse correspond à une énergie
libérée lors de la réaction (notée Elibérée).
• Elibérée = Dm . c ²
• Calculer l’énergie libérée par la fusion d’un
noyau de deutérium et d’un noyau de tritium.

23. 3.3 – Energie libérée lors d’une
réaction nucléaire
• l’énergie libérée par la fusion d’un noyau de
deutérium et d’un noyau de tritium vaut :
Elibérée = 2,818 . 10-12 J
• Correction sur le livre p.141