Position du problème : transformation physique et transformation chimique ?
Question 1 : une transformation nucléaire fait-elle partie des réactions chimiques ou physique ?
Question 2 : pourquoi la fission et la fusion sont qualifiés de réactions provoqué ??
Transformation chimique
Une réaction chimique est une transformation de la matière au cours de laquelle les espèces chimiques qui constituent la matière sont modifiées. Les espèces qui sont consommées sont appelées réactifs ; les espèces formées au cours de la réaction sont appelées produits. Wikipédia
Transformation nucléaire
Une réaction nucléaire est un processus au cours duquel un ou plusieurs noyaux atomiques sont transformés pour donner des noyaux de masse et/ou de charge différentes. Elle se distingue d’une réaction chimique, qui ne concerne que les électrons ou les liaisons entre les atomes. La réaction chimique conserve les éléments, alors que la réaction nucléaire transforme un nucléide en un autre.
La plupart des réactions nucléaires impliquent l’interaction de 2 noyaux ou particules ; certains processus comme la fission spontanée des noyaux lourds ou les radioactivités (alpha, beta et gamma) concernent des noyaux isolés. Le terme « réaction nucléaire » peut donc désigner soit une modification d’un nucléide induite par collision avec une autre particule, soit une modification spontanée d’un noyau sans collision.
Il existe une très grande variété de réactions nucléaires1 : soit des processus spontanés comme la désintégration radioactive du radium observée par Marie Curie, soit des processus provoqués comme la nucléosynthèse dans les étoiles, la fission de l’uranium dans les centrales ou les collisions de noyaux dans les accélérateurs
Le calcul de l’énergie de liaison par nucléon, et utilisation de la courbe d’Aston pour comparer la stabilité des différents nucléides (noyaux) permettent de prédire deux grandes classes de réactions nucléaires qui sont : la fusion et la fission
Objectifs : défaut de masse, l’énergie liberé par une réaction nucléaire, définir et calculer l’énergie de liaison par nucléon, fission et la fusion, connaître et utiliser la courbe d’Aston , unité de masse atomique
Pour connaître plus sur les réactions nucléaires artificielles, suivez le lien ci-dessous
Cours noyaux masse et énergie terminale science
Simulation des réactions nucléaires de la fusion et de la fission. Fusion est l’assemblage de deux noyaux légers pour donner naissance d’un noyau atomique lourd. La fission est la cassure d’un noyau lourd après le voir bombardier par un neutron thermonucléaire. Tout les deux libèrent énormément d’énergie.
Principe de production de l’énergie électrique par un réacteur nucléaire. L’énergie produit par les réactions nucléaires permet de chauffer de l’eau d’un circuit primaire de l’eau, qui par précaution de fuite des déchets nucléaire cette eau est utilisée pour évaporer de l’eau d’un circuit secondaire. La vapeur créée est utilisée pour faire tourner les turbines est formé de l’énergie électrique qui est ensuite utilisé vers les habitations. Après l’eau est refroidi est injecté de nouveau dans le circuit d’eau
Vidéos noyaux masse et énergie
Masse et énergie de liaison
Une autre caractéristique fondamentale des noyaux est leur masse, généralement exprimée en unité d’énergie selon la relation E = Mc2. Leur mesure s’effectue à l’aide de spectrographes de masse, ou encore, pour les éléments artificiels de courte période, par l’intermédiaire du bilan énergétique des transitions radioactives et des réactions nucléaires qui produisent ou désintègrent l’élément étudié. Elle permet d’accéder à une donnée très instructive des noyaux qui est leur énergie de liaison B(A, Z) définie par la relation :
En d’autres termes, l’énergie de liaison d’un noyau de masse M(A, Z) est l’énergie qu’il faut lui fournir pour séparer tous ses constituants, Z protons de masse mp et (A — Z) neutrons de masse mn. C’est donc une quantité définie positive pour un système dans un état lié. Parmi les expressions qui reproduisent au mieux les résultats des mesures systématiques, la plus citée est celle de Bethe et Weizsäcker :
où av = 15,56 MeV, as = 17,23 MeV, ac = 0,7 MeV et aa = 23,6 MeV sont des paramètres ajustés et où C représente des termes correctifs définis par la suite. Les quatre premiers termes, nommés respectivement de volume, de surface, de Coulomb et d’asymétrie, contribuent à l’énergie de liaison par nucléon, B/A, dans des proportions schématisées sur la figure 3.
Énergie de liaison par nucléon
Contributions des divers termes de la formule de masse à l’énergie de liaison par nucléon.
Crédits : Encyclopædia Universalis France
Modèle de la goutte liquide
L’interprétation de cette formule conduisit vers l’un des premiers modèles nucléaires, où le noyau est assimilé à une goutte de liquide dans laquelle les nucléons joueraient le rôle des molécules. Les premiers indices en faveur de cette analogie vinrent des deux faits marquants cités jusqu’ici : le volume nucléaire et l’énergie de liaison qui croissent tous deux comme A. En effet, cela prouve que, comme les forces intermoléculaires dans un liquide, les forces nucléaires entre les nucléons sont saturées : chaque nucléon n’interagit qu’avec ses proches voisins. S’il n’en était pas ainsi, B croîtrait comme A2, puisque A(A — 1)/2 dénombre les interactions possibles ; un système ainsi lié verrait alors son rayon décroître avec A ou, au mieux […]
Énergie de liaison[modifier | modifier le code]
L’énergie de liaison E d’un noyau atomique est l’énergie qu’il faut fournir au noyau pour le dissocier en ses nucléons, qui s’attirent du fait de la force nucléaire, force qui correspond à l’interaction forte résiduelle. On définit aussi l’énergie de liaison par nucléon, E/A, où A désigne le nombre de masse du nucléide.
Énergie nucléaire[modifier | modifier le code]
Article détaillé : énergie nucléaire.Courbe d’Aston : énergie de liaison par nucléon en fonction du nombre de masse, pour les isotopes les plus courants.
Certaines transformations de noyaux libèrent de l’énergie de liaison : c’est l’origine de l’énergie nucléaire. Ces transformations, appelées réactions nucléaires, sont de deux types :
- dans la fusion nucléaire, deux éléments légers (hydrogène, hélium…) produisent un dégagement d’énergie en fusionnant, à l’œuvre notamment dans le Soleil ou les bombes thermonucléaires, dites « bombes H » ;
- dans la fission nucléaire, les éléments lourds (uranium, plutonium…) ne peuvent dégager de l’énergie qu’en se scindant, réaction mise en œuvre dans les centrales nucléaires ainsi que dans les bombes atomiques, dites « bombes A ».
Les éléments intermédiaires relevant du pic du fer : chrome (Cr), manganèse (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), situés au plateau de la courbe d’Aston ci-contre, ont l’énergie de liaison par nucléon la plus forte et sont les plus stables ; leur fusion comme leur fission consomment des énergies colossales qui n’apparaissent que lors des explosions de supernovæ.
Défaut de masse[modifier | modifier le code]
Le défaut de masse, noté B, est la différence entre la somme des masses de tous les nucléons d’un noyau (masse des Z protons + masse des (A−Z) neutrons) et la masse de ce même noyau, M(A,Z) :{\displaystyle B(A,Z)=Z\,m_{\mathrm {p} }+(A-Z)\,m_{\mathrm {n} }-M(A,Z)}
Cette énergie apparaît dans le bilan de masse du système : la masse du noyau est inférieure à la somme des masses de chacun de ses nucléons. Ce défaut de masse se retrouve sous forme d’énergie grâce au principe d’équivalence masse-énergie exprimé par Albert Einstein.
D’ailleurs, en physique nucléaire et physique des particules, l’utilisation de cette relation est implicite : les masses sont souvent exprimées en électronvolts, laissant le lecteur rajouter les « divisé par c2 » par analyse dimensionnelle.La masse M(A,Z) d’un noyau (dans son état fondamental) est alors donnée par l’équation suivante :M(A,Z) = Z mp + (A–Z) mn – B(A,Z)/c2,
où apparaissent les masses mp et mn du proton et du neutron. En pratique, pour éviter des nombres trop grands, on utilise l’excès de masse par rapport au carbone 12 dont l’excès de masse1 est nul par définition.[Information douteuse]
L’énergie de liaison par nucléon varie d’un nucléide à l’autre. Elle est comprise entre 2 et 9 MeV. Comme l’énergie de masse propre du proton est de 938 MeV, une énergie de liaison de 9 MeV représente moins de 1 % de l’énergie de masse. Faible pour les noyaux légers, elle augmente jusqu’au nickel 62 et décroît ensuite. La forme de la courbe représentant E/A en fonction de A peut être expliquée à l’aide de la formule de Bethe-Weizsäcker.
La notion de défaut de masse n’est pas spécifique à la liaison nucléaire. Il est assez rare de travailler sur les noyaux seuls et les défauts de masse apparaissant dans les tables de masses atomiques comportent une partie due à la présence des électrons et de leur interaction électromagnétique avec le noyau. Cependant lors de réactions nucléaires que subissent des atomes ou des ions les ordres de grandeur des énergies libérées, d’origine nucléaire, sont de loin supérieurs à ceux des variations d’énergie dues à la réorganisation du cortège électronique.
Radioactivity
Radioactivity is the process by which a nucleus of an unstable atom loses energy by emitting particles of ionizing radiation, As each nucleus disintegrates, in its effort to find a more stable combination, it emits a charged particle that, because of its kinetic energy, is capable of penetrating solid material.
What is radioactivity in simple terms?
What are the 4 types of radioactivity?
What is radioactivity and its types?
What are the 3 types of radioactivity and explain?
| What causes radioactivity?As its name implies, radioactivity is the act of emitting radiation spontaneously. This is done by an atomic nucleus that, for some reason, is unstable; it « wants » to give up some energy in order to shift to a more stable configuration. During the first half of the twentieth century, much of modern physics was devoted to exploring why this happens, with the result that nuclear decay was fairly well understood by 1960. Too many neutrons in a nucleus lead it to emit a negative beta particle, which changes one of the neutrons into a proton. Too many protons in a nucleus lead it to emit a positron (positively charged electron), changing a proton into a neutron. Too much energy leads a nucleus to emit a gamma ray, which discards great energy without changing any of the particles in the nucleus. Too much mass leads a nucleus to emit an alpha particle, discarding four heavy particles (two protons and two neutrons).How is radioactivity measured?Radioactivity is a physical, not a biological, phenomenon. Simply stated, the radioactivity of a sample can be measured by counting how many atoms are spontaneously decaying each second. This can be done with instruments designed to detect the particular type of radiation emitted with each « decay » or disintegration. The actual number of disintegrations per second may be quite large. Scientists have agreed upon common units to use as a form of shorthand. Thus, a curie (abbreviated « Ci » and named after Pierre and Marie Curie, the discoverers of radium[87]) is simply a shorthand way of writing « 37,000,000,000 disintegrations per second, » the rate of disintegration occurring in 1 gram of radium. The more modern International System of Measurements (SI) unit for the same type of measurement is the becquerel ( abbreviated « Bq » and named after Henri Becquerel, the discoverer of radioactivity), which is simply a shorthand for « 1 disintegration per second. »What is radioactive half-life?Being unstable does not lead an atomic nucleus to emit radiation immediately. Instead, the probability of an atom disintegrating is constant, as if unstable nuclei continuously participate in a sort of lottery, with random drawings to decide which atom will next emit radiation and disintegrate to a more stable state. The time it takes for half of the atoms in a given mass to « win the lottery »–that is, emit radiation and change to a more stable state–is called the half-life. Half-lives vary greatly among types of atoms, from less than a second to billions of years. For example, it will take about 4.5 billion years for half of the atoms in a mass of uranium 238 to spontaneously disintegrate, but only 24,000 years for half of the atoms in a mass of plutonium 239 to spontaneously disintegrate. Iodine 131, commonly used in medicine, has a half-life of only eight days.What is a radioactive decay chain?Stability may be achieved in a single decay, or a nucleus may decay through a series of states before it reaches a truly stable configuration, a bit like a Slinky toy stepping down a set of stairs. Each state or step will have its own unique characteristics of half-life and type of radiation to be emitted as the move is made to the next state. Much scientific effort has been devoted to unraveling these decay chains, not only to achieve a basic understanding of nature, but also to design nuclear weapons and nuclear reactors. The unusually complicated decay of uranium 238, for example–the primary source of natural radioactivity on earth–proceeds as follows:[88]U-238 emits an alphaThorium 234 emits a betaProtactinium 234 emits a betaUranium 234 emits an alphaThorium 230 emits an alphaRadium 226 emits an alphaRadon 222 emits an alphaPolonium 218 emits an alphaLead 214 emits a betaBismuth 214 emits a betaPolonium 214 emits an alphaLead 210 emits a betaBismuth 210 emits a betaPolonium 210 emits an alphaLead 206, which is stableHow can radioactivity be caused artificially?Radioactivity can occur both naturally and through human intervention. An example of artificially induced radioactivity is neutron activation. A neutron fired into a nucleus can cause nuclear fission (the splitting of atoms). This is the basic concept behind the atomic bomb. Neutron activation is also the underlying principle of boron-neutron capture therapy for certain brain cancers. A solution containing boron is injected into a patient and is absorbed more by the cancer than by other cells. Neutrons fired at the area of the brain cancer are readily absorbed (captured) by the boron nuclei. These nuclei then become unstable and emit radiation that attacks the cancer cells. Simple in its basic physics, the treatment has been complex and controversial in practice and after half a century is still regarded as highly experimental. |
Physique chimie facile 
Comme les réactions nucléaires qui se produisent spontanément produisent peu d’énergie sur une longue période, alors les hommes ont recours à des réactions nucléaires provoquées, comme la fission et la fusion
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