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AP Radioactivité et réactions nucléaires 1S Exercice 1 : Equilibrer des réactions nucléaires Recopier et compléter les réactions suivantes (préciser X le cas échéant) Préciser s’il s’agit d’une réaction nucléaire spontanée ou provoquée : U n Kr Ba1n 0 140 56 93 36 1 0 235 92 U n XeAX n

Comment calculer la réaction de fission nucléaire ?

A : réactions de fission nucléaire 1) Compléter l’équation de la réaction de fission de l’uranium 235. 2) Calculer la variation de masse puis l’énergie libérée au cours de cette réaction (en joule puis en Mev). B : réaction de fusion 1) Compléter l’équation de la réaction de fusion suivante : 2 2 1 1 1 0 A H H X n? ? ? Z

Quels sont les réactions nucléaires?

Les réactions nucléaires. Fiches de Cours de Chimie destinée aux élèves de Lycée. Le noyau de l’atome est composé de nucléons : les neutrons et les protons.

Quels sont les principes de conservation de la réaction nucléaire?

De même que Lavoisier pouvait dire qu’en chimie, ‘rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme, certaines lois de conservation peuvent être observée lors d’une réaction nucléaire : il y a en effet conservation du nombre de masses et du nombre de charges.

Qu'est-ce que le défaut de masse dans les réactions nucléaires?

Dans les réactions nucléaires, la masse n’est pas conservée, mais la somme masse plus équivalent en masse de l’énergieest conservée. Le défaut de masse est la différence entre la masse des particules initiales et celle des particules finales.

1 / 2 Cette épreuve est formée de trois exercices répartis sur deux pages. L'usage d'une calculatrice non programmable est recommandé. Exercice 1 (7 points) Énergie mécanique D'un point O situé à une hauteur hO au-dessus du sol, un caillou (S), considéré comme une particule de masse m = 0,1 kg, est lancé verticalement vers le haut avec une Un système approprié permet d'enregistrer l'énergie potentielle de pesanteur (Epp) du système (caillou, Terre) et l'énergie cinétique (Ec) du caillou aux points O, A, B, C, D et E pendant le mouvement ascendant du caillou . Les résultats sont dressés dans le tableau du document 2.

Prendre :

le sol comme niveau de référence de l'énergie potentielle de pesanteur ; g = 10 m/s2.

O A B C D E

Epp (J) 2 3 4 5 6 7 Ec (J) 5 4 3 2 1 0

1- Indiquer la valeur de l'énergie potentielle de pesanteur du système (caillou, Terre) en O.

2- Déduire la hauteur initiale hO.

4- E est le point le plus élevé atteint par (S). Justifier.

5- Déterminer, par rapport au sol, la hauteur maximale atteinte par (S). En déduire la distance OE.

6- Calculer l'énergie mécanique du système (caillou, Terre) en O, C et E. Conclure.

7- Déduire la valeur de la vitesse de (S) juste avant d'atteindre le sol.

Exercice 2 (7 points) Réactions nucléaires : fission et fusion

Le but de cet exercice est de mettre en évidence quelques avantages et inconvénients des réactions de fission

et de fusion nucléaires.

1- Fission nucléaire

Le nucléide le plus couramment utilisé dans les réactions de fission nucléaire est l'uranium 235.

L'une des réactions nucléaires possibles de l'uranium 235 est la suivante : 235
92U
1 0n 90
36Kr
142
56Ba
+ y 1 0n

Données : 1 u = 1,66×10-27 kg ; célérité de la lumière dans le vide : c = 3×108 m/s.

1-1) Calculer la valeur de " y » en indiquant la loi utilisée.

1-2) Cette réaction peut engendrer une réaction en chaîne. Justifier.

1-3) /HGpIDXWGHPDVVHDXFRXUVGHODUpDFWLRQQXFOpDLUHSUpFpGHQWHHVW¨P ,177755 u.

1-3-1) Déterminer l'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium 235.

1-3-2) La masse d'un noyau d'uranium 235 est 3,9×10-22 g.

Montrer alors que l'énergie libérée par la fission de 1 g d'uranium 235 est E1 = 6,809×1010 J.

Doc. 2

hO Sol

Epp = 0

(S)

Doc. 1

O E 2 / 2

2- Fusion nucléaire

Lorsqu'un noyau de deutérium

2 1H entre en collision avec un noyau de tritium 3 1H

à grande vitesse, ils

donnent un noyau stable et un neutron, comme l'indique la réaction nucléaire suivante : 2 1H 3 1H 4 2He 1 0n L'énergie libérée par la fusion de 1g d'un mélange formé de deutérium 2 1H et de tritium 3 1H est

E2 = 3,42 × 1011 J.

2-1) La réaction précédente est une réaction de fusion nucléaire. Justifier.

2-2) Les noyaux de deutérium

2 1H et de tritium 3 1H , qui subissent la fusion nucléaire, doivent être animés d'une grande vitesse. Pourquoi ?

2-3) Indiquer, en comparant E2 à E1, laquelle des deux réactions nucléaires (fission ou fusion) est la plus

intéressante.

3- Utilisation

Préciser laquelle des deux réactions nucléaires (fission ou fusion) est utilisée dans la production de

l'énergie électrique. Exercice 3 (6 points) Événements célestes en 2018

1- Le document 3 développe deux événements célestes. Indiquer ces deux évènements et la date de chacun

d'eux.

2- Le document 4 représente un schéma simplifié des

trajectoires de la Terre et de Mars autour du Soleil, ainsi que l'opposition de Mars à deux dates différentes (date 1 et date 2).

2-1) Indiquer la forme des trajectoires décrites par les

planètes autour du Soleil.

2-2) L'opposition de Mars, le 27 Juillet 2018, correspond à

la date 1 et non pas à la date 2. Tirer du document 3 l'expression qui justifie cette affirmation.

3- Relever du document 3 la proposition qui permet de conclure

que l'année martienne est presque le double de l'année terrestre.

4- Le document 3 mentionne la comète " Swift-Tuttle ».

4-1) Nommer les trois parties principales d'une comète.

4-2) Indiquer la partie d'une comète qui contient les poussières cométaires.

4-3) En utilisant les informations du document 3, expliquer le processus de formation des étoiles filantes.

Durant l'année 2018 de nombreux événements célestes sont attendus, dont l'opposition de Mars et les nuits

des étoiles filantes. xMars en opposition (vendredi le 27 juillet)

Mars est en opposition lorsque le Soleil, la Terre et Mars seront tous les trois alignés dans cet ordre.

Vendredi le 27 Juillet, Mars sera très facilement observable dans le ciel, puisque sa distance à la Terre

sera minimale.

L'opposition de Mars se produit environ tous les deux ans, car Mars gravite autour du Soleil dans une

orbite plus grande que celle de la Terre. Une année martienne (année sur Mars) est ainsi presque deux

fois plus longue qu'une année terrestre. xNuits des étoiles filantes (nuit du 11 au 12 août)

Comme chaque année, l'orbite de la Terre va traverser les nuages de poussières cométaires semées par

la comète " Swift-Tuttle ». En entrant dans l'atmosphère terrestre, ces poussières vont se brûler et

nous offrir une pluie des étoiles filantes. ''Sciences et avenir''

Doc. 3

Mars Mars

Date 2

Doc. 4

Date 1

Terre

Soleil

Terre

Exercice 1 (7 points) Energie mécanique

Partie Solution Note

1 EPPO = 2 J 0,25

3 En O, Ec = 5 J.

EcO = ଵ

0,25

0,5 / 0,5

4 (S) atteint la hauteur maximal lorsque V = 0, alors Ec = 0 J donc en E. 0,5

5 EPPE = 7 J. EPP = mghmax; hmax = ଻

alors OE = 7 2 = 5 m 0,75 0,25 6

Em = EPP + Ec.

EmO = 7 J, EmC = 7 J, EmE = 7 J.

Em = constante / agissant sur (S) Durant son mouvement. 0,5 0,75 0,5

7 Em = 7 J. au sol EPP = 0; alors Em = Ecsol = 7 J.

Ecsol = ଵ

0,25 / 0,25

0,5 Exercice 2 (7 points) Réaction nucléaire: Fission et Fusion

Partie Solution Note

1.1 En utilisant la loi de conservation de nombre de masse:

235 + 1 = 90 + 142 + y (1) alors y = 4.

0,5 0,5

1.2 Car cette réaction de fission fournit 4 neutrons. 0,5

1.3

1.3.1 E = οmc2 = 0,177755 × 1,66×10-27 × (3×108)2 = 2,66×10-11 J, 0,5 / 0,5 / 0,5

1.3.2 3,9×10-22g ՜ 2,66×10-11J

1g ՜ total alors Etotal = 6,809×1010J 1

2.1 1

2.2 ils ont besoin d'une grande vitesse car les deux noyaux sont chargés positivement ils ont besoin d'une grande vitesse pour vaincre la répulsion électrostatique entre les noyaux 0,5

2.3 E1 = 6,809 × 1010 J, E2 = 3,42 ×1011J. ாమ

ாభ = 5 alors E2 est plus grande que E1. Donc la fusion nucléaire est plus intéressante que la fission nucléaire. 0,5 0,5

3 La réaction de fission est utilisée dans la production d

car elle est contrôlée. 0,5 Exercice 3 (6 points) Evènements Célestes en 2018

Partie Solution Note

1 Premier évènement : Mars en opposition vendredi le 27 juillet

Deuxième évènement : Nuits des étoiles filantes la nuit du 11 au 12 août

0,5 / 0,25

2 2.1 Trajectoire elliptique 0,5

2.2 " sa distance à la Terre sera minimale » 0,5

3 " Mars gravite autour du Soleil dans une orbite plus grande que celle de la Terre » 0,5

4 4.1 le noyau la coma les queues 0,5 0,5 0,5

4.2 La queue de couleur jaune 0,5

4.3 pour former des étoiles filantes 1quotesdbs_dbs35.pdfusesText_40

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Comment calculer la réaction de fission nucléaire ?

Quels sont les réactions nucléaires?

Quels sont les principes de conservation de la réaction nucléaire?

Qu'est-ce que le défaut de masse dans les réactions nucléaires?

Prendre :

O A B C D E

Epp (J) 2 3 4 5 6 7 Ec (J) 5 4 3 2 1 0

1- Indiquer la valeur de l'énergie potentielle de pesanteur du système (caillou, Terre) en O.

2- Déduire la hauteur initiale hO.

4- E est le point le plus élevé atteint par (S). Justifier.

5- Déterminer, par rapport au sol, la hauteur maximale atteinte par (S). En déduire la distance OE.

6- Calculer l'énergie mécanique du système (caillou, Terre) en O, C et E. Conclure.

7- Déduire la valeur de la vitesse de (S) juste avant d'atteindre le sol.

1- Fission nucléaire

1-1) Calculer la valeur de " y » en indiquant la loi utilisée.

1-2) Cette réaction peut engendrer une réaction en chaîne. Justifier.

1-3) /HGpIDXWGHPDVVHDXFRXUVGHODUpDFWLRQQXFOpDLUHSUpFpGHQWHHVW¨P ,177755 u.

1-3-1) Déterminer l'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium 235.

1-3-2) La masse d'un noyau d'uranium 235 est 3,9×10-22 g.

Doc. 2

Epp = 0

Doc. 1

2- Fusion nucléaire

Lorsqu'un noyau de deutérium

à grande vitesse, ils

E2 = 3,42 × 1011 J.

2-1) La réaction précédente est une réaction de fusion nucléaire. Justifier.

2-2) Les noyaux de deutérium

2-3) Indiquer, en comparant E2 à E1, laquelle des deux réactions nucléaires (fission ou fusion) est la plus

3- Utilisation

1- Le document 3 développe deux événements célestes. Indiquer ces deux évènements et la date de chacun

2- Le document 4 représente un schéma simplifié des

2-1) Indiquer la forme des trajectoires décrites par les

2-2) L'opposition de Mars, le 27 Juillet 2018, correspond à

3- Relever du document 3 la proposition qui permet de conclure

4- Le document 3 mentionne la comète " Swift-Tuttle ».

4-1) Nommer les trois parties principales d'une comète.

4-2) Indiquer la partie d'une comète qui contient les poussières cométaires.

4-3) En utilisant les informations du document 3, expliquer le processus de formation des étoiles filantes.

Doc. 3

Date 2

Doc. 4

Date 1

Soleil

Exercice 1 (7 points) Energie mécanique

Partie Solution Note

1 EPPO = 2 J 0,25

3 En O, Ec = 5 J.

EcO = ଵ

0,5 / 0,5

4 (S) atteint la hauteur maximal lorsque V = 0, alors Ec = 0 J donc en E. 0,5

5 EPPE = 7 J. EPP = mghmax; hmax = ଻

Em = EPP + Ec.

EmO = 7 J, EmC = 7 J, EmE = 7 J.

7 Em = 7 J. au sol EPP = 0; alors Em = Ecsol = 7 J.

Ecsol = ଵ

0,25 / 0,25

Partie Solution Note

1.1 En utilisant la loi de conservation de nombre de masse:

235 + 1 = 90 + 142 + y (1) alors y = 4.

1.2 Car cette réaction de fission fournit 4 neutrons. 0,5

1.3.1 E = οmc2 = 0,177755 × 1,66×10-27 × (3×108)2 = 2,66×10-11 J, 0,5 / 0,5 / 0,5

1.3.2 3,9×10-22g ՜ 2,66×10-11J

1g ՜ total alors Etotal = 6,809×1010J 1

2.1 1

2.3 E1 = 6,809 × 1010 J, E2 = 3,42 ×1011J. ாమ

3 La réaction de fission est utilisée dans la production d

Partie Solution Note

1 Premier évènement : Mars en opposition vendredi le 27 juillet

0,5 / 0,25

0,5 / 0,25

2 2.1 Trajectoire elliptique 0,5

2.2 " sa distance à la Terre sera minimale » 0,5

3 " Mars gravite autour du Soleil dans une orbite plus grande que celle de la Terre » 0,5

4.2 La queue de couleur jaune 0,5