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CHAPITRE I : Noyau atomique - Masses et Energie Réactions nucléaires - Désintégrations radioactives

Par   •  22 Novembre 2018  •  1 396 Mots (6 Pages)  •  81 Vues

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- Réactions nucléaires et chaleur de réaction :

- Lois de conservation :

Soit une réaction nucléaire, au cours de laquelle deux noyaux X1 et X2 entre en collision dans l’état initial pour former dans l’état final deux noyaux X3 et X4 :

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Propriétés :

- Le nombre de nucléons A est conservé dans la réaction

- Le nombre de protons Z est conservé dans la réaction

- Donc le nombre de neutrons N = A – Z est conservé

- L’énergie totale est aussi conservée dans la réaction, on a alors :

E1 + E2 = E3 + E4

- Chaleur de réaction Q :

Le bilan énergétique d’une réaction est défini comme étant égal à Q, appelé chaleur de réaction ou énergie libérée dans la réaction.

Pour une réaction nucléaire de type :

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Ou les Xi sont des noyaux, le bilan énergétique Q s’écrit à partir des masses m (en u.m.a) ou des énergies de masse au repos mc² (en MeV) et il est égal à ces quantités dans l’état initial moins ces quantités dans l’état final.

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- Si Q > 0 : la réaction est exoénergétique (ou exothermique) : elle est spontanée et se produit sans apport d »énergie dans la voie d’entrée.

- SI Q endodermique (ou endothermique) : elle est impossible si on ne fournit pas d’énergie dans la voie d’entrée, sous forme d’énergie cinétique Ec donnée au projectile, avec Ec > Ecs énergie seuil de la réaction.

On a :

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Z et N sont conservés dans la réaction donc les deux premiers termes s’éliminent.

Donc Q est directement fonction des énergies de liaison B des nucléons dans le noyau (en MeV)

/ ! \ Attention à l’ordre

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- Désintégrations radioactives :

- Introduction :

Un noyau radioactif (dans son état fondamental ou dans un état excité), cherche à désintégrer afin de se transformer spontanément en noyau stable (en une ou plusieurs étapes).

Le noyau peut être naturellement radioactif ou avoir été créé artificiellement.

Si elle existe, la désintégration doit être spontanée. Il faut donc une chaleur de réaction Q > 0.

Il existe plusieurs types de désintégrations radioactives :

Les plus courantes sont α, β-, β+, c.e.

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α

β-

β+

c.e.

Réaction de désintégration

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OU

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Principe

Le noyau père [pic 30] se transforme en noyau fils [pic 31] en émettant une particule α

Le noyau père se transforme en noyau fils [pic 32] en émettant un électron e- et un antineutrino qui se partagent l’énergie Q de la réaction.[pic 33]

C’est une réaction isobarique (même A mais noyaux différents)

Le noyau père se transforme en noyau fils [pic 34]en émettant un positron e+ et un neutrino ν qui se partagent l’énergie Q libérée par la réaction. C’est une désintégration isobarique

Le noyau père se transforme en noyau fils [pic 35] en capturant et en absorbant un électron du cortèe électronique de son atome et en émettant un neutrino ν qui emporte toute l’énergie Q libérée par la réaction. C’est aussi une désintégration isobarique

Noyau avec excès de neutrons qu’il transforme en protons

Noyau avec excès de protons qu’il transforme en neutrons

Noayu avec excès de protons qu’il transforme en neutrons

Calcul de Q

Q>0

Q = m(X)c2 - m(Y)c2 - m(α)c2

Q > 0. Avec mν ≈ 0

Q = m(X)c2 - m(Y)c2 – mec2

Q > 0. Avec mν ≈ 0

Q = m(X)c2 + mec2 - m(Y)c2

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- Désintégration par « bêta plus » ou par « capture électronique » :

La capture électronique est en concurrence du point de vue énergétique avec la désintégration β+ car elle transforme le noyau père en un même noyau fils.

La capture électronique est favorisée du point de vue énergétique : la condition Q>0 pour avoir la désintégration est plus facile à réaliser par c.e (m(X)c2 > m(Y)c2 - mec2) que par β+ (m(X)c2 > m(Y)c2 + mec2).

Néanmoins

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