Travaux pratiques - physiques des particules 3 - correction, Exercices de Physique des particules
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Eleonore_sa30 April 2014

Travaux pratiques - physiques des particules 3 - correction, Exercices de Physique des particules

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Travaux pratiques de physiques des particules sur la transmutation pour éliminer les déchets nucléaires ? - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Questions sur le texte, Étude d’un exemple : l’amér...
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Bac S 2010 Amérique du sud Correction (5 Points) EXERCICE II : LA TRANSMUTATION POUR ÉLIMINER LES DÉCHETS NUCLÉAIRES ?

1. Questions sur le texte 1.1.1. Des noyaux isotopes possèdent le même nombre de protons (Z identiques) mais des

nombre de neutrons différents (N=AZ différents). 1.1.2. Un noyau radioactif est instable, il se désintègre spontanément, de façon aléatoire, en libérant une particule et un rayonnement. 1.2. Le terme vie fait référence au temps de demi-vie noté t1/2. 1.3. Lors d’une fission, un gros noyau , sous l’impact d’un neutron, se scinde en deux plus petits noyaux plus stables. Cette réaction s’accompagne de la libération de neutron(s) et d’énergie. 2. Étude d’un exemple : l’américium 241

2.1.1. Le noyau 24195Am contient Z = 95 protons et N = A  Z = 241  95 = 146 neutrons.

2.1.2. Lors d’une réaction nucléaire, il y a conservation : - de la charge électrique, - du nombre de nucléons.

2.1.3. Réaction de capture d’un neutron :24195Am + 1 0n  1X

A Z

241 + 1 = A soit A = 242 95+ 0 = Z

D’après le tableau de données, le noyau X1 obtenu est 24295Am .

2.2.1. Une désintégration β s’accompagne de la libération d’un électron.

2.2.2. Désintégration β de X1 : 24295Am  0 1e +

242 96Cm X2 =

242 96Cm

2.3.1. Une désintégration α s’accompagne de la libération d’un noyau d’hélium 42He .

2.3.2. Désintégration α de X2 : 24296Cm 4 2He +

3 33

X A

Z

On utilise à nouveau les lois de conservations de Soddy. 96 = 2 + Z3 donc Z3 = 94, on identifie l’élément plutonium 242 = 4 + A3 donc A3 = 238.

On obtient 24296Cm 4 2He +

238 94Pu X3 =

238 94Pu

3. Intérêt du traitement des déchets nucléaires 3.1. N0 est le nombre de noyaux à l’instant choisi comme référence des temps, N est le nombre de noyaux à une date t.

3.2. N(t) = N0. e

 ln

/

2

1 2

t

t

Pour 24195Am : t1/2 = 432 ans

N(t = 10 ans) = 1,01010e

 ln 2 10 432

 

t et t1/2 sont dans la même unité : l’an.

N(t = 10 ans) = 9,8109 noyaux.

Pour X2 soit le curium 24296Cm : t1/2 = 163 jours

N(t = 10 ans) = 1,01010e

 ln 2 10 365 163

  

t et t1/2 sont convertis dans la même unité : le jour.

N(t = 10 ans) = 1816,1 soit avec 2 chiffres significatifs 1,8103 noyaux. 3.3. Cette méthode permet de remplacer des noyaux radioactifs à temps de demi-vie long par des noyaux radioactifs à temps de demi-vie plus court. Ainsi la décroissance radioactive est plus rapide et les déchets seront nuisibles moins longtemps.

3.4. Les noyaux X1 = 24295Am , de temps de demi-vie t1/2 =16 h, se désintègrent « rapidement » en

noyaux X2 = 24296Cm , dont le temps de demi-vie est t1/2 =163 jours. Au bout de quelques jours, la

population de X1 aura quasiment disparu, alors que celle de noyaux X2 décroîtra lentement.

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