Travaux pratiques - physiques des particules 14, Exercices de Physique des particules
Eleonore_sa
Eleonore_sa30 April 2014

Travaux pratiques - physiques des particules 14, Exercices de Physique des particules

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Travaux pratiques de physiques des particules sur le Laser Mégajoule. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Questions générales sur la radioactivité, Étude de la réaction de fusion.
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Exercice 3 LASER Mégajoule (4 points)

Bac S Pondichéry 2011 EXERCICE 3 : Laser Mégajoule (4 points)

« Dans une cavité en or de quelques millimètres de long, on place une micro-bille contenant

quelques dixièmes de milligrammes d'atomes de la famille de l'hydrogène: 0,40 mg de

deutérium et une masse M de tritium. Les faisceaux laser de longueur d'onde égale à 351 nm convergent dans la cavité en émettant une énergie de 1,8 MJ et sont absorbés par les

parois qui jouent le rôle d'un four. Dans la micro-bille, de la taille d'un grain de riz, la

température et la pression augmentent jusqu'à atteindre les conditions pour la fusion. À ce

stade, la matière est un mélange d'atomes, d'ions et d'électrons. Grâce à l'intense agitation

thermique au centre de la micro-bille, les noyaux de même charge électrique de deutérium et

de tritium, qui naturellement se repoussent, viennent en contact et se combinent dans un

temps très court pour former un noyau d'hélium en libérant un neutron. En se produisant

simultanément un grand nombre de fois, cette réaction libère un fort dégagement d'énergie. »

d'après http://aquitaine.unicnam.net/spip.php?article13

Données :

Noyaux Neutron Electron Deutérium Tritium Hélium

Symbole 1

0 n 0

1e 2

1H 3

1H 4

2 He

Masse en u 1,00866 0,00055 2,01355 3,01355 4,00150

Unité de masse atomique : 1 u = 1,660 54.1027 kg

Électron - volt : 1 eV = 1,60.1019 J

Vitesse de la lumière dans le vide : c = 3,00.108 m.s1

Constante de Planck : h = 6,62.1034 J.s

Constante d'Avogadro : NA = 6,02.1023 mol1

Questions générales sur la radioactivité

3.1.Donner la nature de l'interaction dont il est question dans l'extrait suivant : «...les noyaux de même

charge électrique de deutérium et de tritium, qui naturellement se repoussent...».

3.2.Rappeler la nature de l'interaction assurant la cohésion du noyau.

3.3.Le tritium et le deutérium sont des noyaux radioactifs.

3.3.1. Qu'est-ce qu'un-noyau radioactif ?

3.3.2. Donner la composition des noyaux de deutérium et de tritium. Comment nomme-t-on de tels noyaux ?

3.3.3. Le noyau de tritium est radioactif . Écrire l'équation de sa désintégration en rappelant les lois de conservation utilisées.

3.4. Le noyau de tritium a une demie-vie t1/2 = 12 ans.

Une source contient N = 6,02.1023 noyaux de tritium à la date t = 0.

Combien en contient-elle à la date t = 6 ans ?

3.5. À quel domaine des ondes électromagnétiques, la radiation émise par les lasers utilisés

appartient-elle ?

3.6. Exprimer puis calculer la différence d'énergie E de la transition à l'origine du

rayonnement laser en fonction de h, c et la longueur d’onde .

Étude de la réaction de fusion

3.7. Écrire l'équation de la réaction de fusion mise en œuvre dans la micro-bille du laser Mégajoule.

3.8. Quelle masse M de tritium doit-on mettre dans la micro bille pour que les 0,40 mg de

deutérium soient totalement consommés lors de la réaction de fusion ?

3.9. Exprimer l'énergie libérée par cette fusion en fonction des masses des noyaux et des

particules mise en jeu. Calculer cette énergie en joule et en mégaélectronvolt (MeV).

3.10. Dans le cas du Laser Mégajoule, calculer, en joule, l'énergie libérée pour la réaction de

fusion impliquant 0,40 mg de deutérium.

3.11. En tenant compte de l'énergie nécessaire au déclenchement de la fusion, justifier l'intérêt du

procédé décrit dans le texte introductif.

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