Posted inشعبة العلوم والتكنولوجيا الميكانيكية 2Bac STM مادة الفيزياء Physique

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Cours Physique-Chimie 2Bac STM

Transformations Nucléaires
2ème BAC Sciences Physiques et Chimiques

1. Réactions Nucléaires

Transformation nucléaire : Modification de la composition d’un noyau atomique avec émission ou absorption de particules.

\[ ^A_Z X \rightarrow ^A’_{Z’} Y + \text{particules} \]

Lois de conservation

  • Nombre de nucléons (A)
  • Charge électrique (Z)
  • Énergie totale
  • Quantité de mouvement

Énergie de réaction

Variation d’énergie :

\[ \Delta E = \Delta m \cdot c^2 \]

où Δm = défaut de masse

2. Fission et Fusion Nucléaires

Fission Nucléaire

Division d’un noyau lourd en noyaux plus légers

\[ ^{235}_{92}U + n \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3n \]
Neutron incident Produits de fission

Fusion Nucléaire

Combinaison de noyaux légers en noyaux plus lourds

\[ ^2_1H + ^3_1H \rightarrow ^4_2He + n \]
Noyaux légers Noyau fusionné

Comparaison :

Caractéristique Fission Fusion
Type de noyaux Lourds (U, Pu) Légers (H, He)
Énergie libérée ~200 MeV/fission ~17 MeV/fusion
Conditions Température modérée Millions de °C

3. Bilan Énergétique

Équivalence masse-énergie

D’après Einstein :

\[ E = m \cdot c^2 \]

où :

  • E en joules (J)
  • m en kilogrammes (kg)
  • c = 3×108 m/s
E = m·c²

Calcul de l’énergie libérée

Pour une réaction nucléaire :

\[ \Delta E = \left( \sum m_{\text{initial}} – \sum m_{\text{final}} \right) \cdot c^2 \]

Exemple : Fission de l’uranium 235

\[ \Delta m \approx 0.215 \, \text{u} \] \[ \Delta E \approx 200 \, \text{MeV} \]

Application : Calculer l’énergie libérée par la fusion deutérium-tritium :

Masses : m(D) = 2.014102 u, m(T) = 3.016049 u, m(He) = 4.002603 u, m(n) = 1.008665 u

Solution :

\[ \Delta m = (2.014102 + 3.016049) – (4.002603 + 1.008665) \] \[ \Delta m = 0.018883 \, \text{u} \] \[ \Delta E = 0.018883 \times 931.5 \approx \boxed{17.6 \, \text{MeV}} \]

4. Applications des Réactions Nucléaires

Centrales Nucléaires

Utilisation de la fission pour produire de l’électricité

Réacteur Turbine

Avantages : Pas de CO₂, production continue

Inconvénients : Déchets radioactifs, risques

Fusion Contrôlée

Recherche sur la fusion comme énergie du futur

Tokamak (ITER)

Challenges : Confinement, température extrême

Potentiel : Énergie propre et abondante

Armes Nucléaires

Bombe A (Fission) :

  • Chaîne de fissions non contrôlée
  • Ex: Hiroshima (uranium 235)

Bombe H (Fusion) :

  • Utilise une bombe A comme détonateur
  • Énergie bien plus importante
Onde de choc

5. Sécurité et Environnement

Gestion des Déchets

Types de déchets :

  • HA (Haute Activité)
  • MA (Moyenne Activité)
  • FA (Faible Activité)
Déchets Stockage profond

Sécurité Nucléaire

Mesures de protection :

  • Enceintes de confinement
  • Systèmes de refroidissement
  • Barres de contrôle

Accidents majeurs :

  • Tchernobyl (1986)
  • Fukushima (2011)
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