Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)

Fiche de révision : Transformations nucléaires

Les isotopes et l’écriture symbolique d’un noyau ; l’équation d’une réaction nucléaire et ses lois de conservation ; fission, fusion et désintégration ; reconnaître une transformation physique, chimique ou nucléaire ; l’énergie libérée dans le Soleil et dans une centrale nucléaire

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benprofparticulier.frPhysique-Chimie (2nde) · Seconde

Transformations nucléaires

Fiche méthode

(Physique-chimie seconde · Constitution et transformations de la matière · Transformation nucléaire)

La démarche pour toute question sur une transformation nucléaire

1. Je lis chaque noyau. $Z$ en bas : nombre de protons, donc l’élément ; $A$ en haut : nombre de nucléons ; $N = A - Z$ neutrons.

2. J’écris les deux conservations. Somme des $A$ à gauche = somme des $A$ à droite ; même chose pour les $Z$ , coefficients compris.

3. Je nomme, puis je calcule. Isotopes, fission, fusion, désintégration ; physique, chimique ou nucléaire ; énergie : MeV → J, nombre de noyaux, comparaison.

Le réflexe — un élément, c’est un numéro atomique

Z

; une réaction nucléaire conserve les nucléons et la charge, pas les éléments.

Cas 1 · Reconnaître des isotopes

Réflexe — $N = A - Z$ ; même $Z$ et $A$ différents ⇒ isotopes ; $Z$ différents ⇒ éléments différents.

Exemple. Parmi $_{12}^{24} M g$ , $_{12}^{25} M g$ et $_{13}^{25} A l$ , lesquels sont isotopes ?

Mg 24 : 12 protons, 12 neutrons ; Mg 25 : 12 protons, 13 neutrons ; Al 25 : 13 protons, 12 neutrons.

Mg 24 et Mg 25 : même $Z = 12$ , $A$ différents ⇒ isotopes. Mg 25 et Al 25 : même $A$ , mais $Z$ différents ⇒ deux éléments.

Attention — même nombre de nucléons ne veut pas dire isotopes.

Cas 2 · Compléter une équation nucléaire

Réflexe — somme des $A$ , puis somme des $Z$ , de chaque côté ; l’inconnue se reconnaît à son $Z$ .

Exemple. Compléter $_{83}^{212} B i \to_{81}^{208} T l +_{Z}^{A} X$ .

Nucléons : $212 = A + 208$ , donc $A = 4$ . Charge : $83 = Z + 81$ , donc $Z = 2$ .

X est un noyau d’hélium 4, $_{2}^{4} H e$ .

Attention — électron : $Z = - 1$ ; positon : $Z = + 1$ .

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Cas 3 · Reconnaître une fission, une fusion, une désintégration

Réflexe — noyau lourd + neutron → deux noyaux moyens : fission ; deux légers → un plus lourd : fusion ; un seul noyau à gauche : désintégration.

Exemple. Quelle réaction est $_{94}^{239} P u +_{0}^{1} n \to_{42}^{103} M o +_{52}^{134} T e + 3_{0}^{1} n$ ?

Nucléons : $239 + 1 = 240$ et $103 + 134 + 3 = 240$ ; charge : $94 = 42 + 52$ .

Un noyau lourd, frappé par un neutron, donne deux noyaux plus légers et 3 neutrons : fission.

Attention — la fusion nucléaire demande une très haute température, pas un neutron.

Cas 4 · Physique, chimique ou nucléaire ?

Réflexe — noyaux ou élément qui change ⇒ nucléaire ; nouvelles espèces ⇒ chimique ; même espèce qui change d’état ⇒ physique.

Exemple. Le gallium fond dans la main ; le carbone brûle : $C + O_{2} \to C O_{2}$ ; $_{19}^{40} K \to_{20}^{40} C a +_{- 1}^{0} e$ .

Gallium : même espèce, solide → liquide : physique. Carbone : nouvelle espèce, éléments C et O conservés : chimique. Potassium ( $Z = 19$ ) → calcium ( $Z = 20$ ) : nucléaire.

Attention — le Soleil ne brûle pas : sa source d’énergie est nucléaire.

Cas 5 · Calculer une énergie, un nombre de réactions

Réflexe — MeV → J (× $1, 60 \times 10^{- 13}$ ), $E = P \times Δ t$ , nombre de réactions $= \frac{E}{E_{r é a c t i o n}}$ , masse d’un noyau $= A \times 1, 67 \times 10^{- 27}$ kg.

Exemple. Un réacteur libère $3, 0 \times 10^{9}$ W par fission de l’uranium 235 (200 MeV par fission). Fissions par seconde ? Masse d’uranium 235 consommée par jour ?

$E_{f} = 200 \times 1, 60 \times 10^{- 13} = 3, 20 \times 10^{- 11}$ J ; en 1 s : $\frac{3, 0 \times 10^{9}}{3, 20 \times 10^{- 11}} \approx 9, 4 \times 10^{19}$ fissions.

Par jour : $9, 4 \times 10^{19} \times 86 400 \times 3, 92 \times 10^{- 25} \approx 3, 2$ kg d’uranium 235.

Attention — convertir les MeV en joules et les grammes en kilogrammes avant de diviser.

Les pièges

Inverser $A$ et $Z$ : le nombre de protons est en bas.
Croire que deux noyaux de même $A$ sont isotopes : seul le même $Z$ compte.
Oublier le neutron incident d’une fission, ou le coefficient devant les neutrons produits.
Compter l’électron $_{- 1}^{0} e$ pour $+ 1$ dans la somme des charges.
Écrire $H_{2}$ ou des états physiques dans une équation nucléaire.
Confondre fusion de la glace (physique) et fusion nucléaire, combustion (chimique) et fusion dans le Soleil.

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À propos de cette page

La fiche méthode donne la démarche en trois étapes, puis un exemple corrigé par cas : magnésium 24, magnésium 25 et aluminium 25 (lesquels sont isotopes ?), équation du bismuth 212 à compléter, fission du plutonium 239 à reconnaître, gallium, carbone et potassium 40 à classer, fissions par seconde dans un réacteur. Elle se termine par les six pièges les plus fréquents.

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