EXERCICE II. CONTRÔLER LA FUSION NUCLÉAIRE (5,5 points)
2007-03 Nouvelle Calédonie (session 2006)
Le 28 juin 2005, le site de Cadarache (dans les bouches du Rhône) a été retenu pour l’implantation
du projet international de fusion nucléaire ITER.
La fusion de deux noyaux légers en un noyau plus lourd est un processus qui libère de l’énergie. C’est
le cas lors de la formation d’un noyau « d’hélium 4 » à partir de la réaction entre le deutérium et le
tritium. On récupère une quantité d’énergie de quelques mégaélectronvolts (MeV), suivant la réaction :
2 3 4 1
1 1 2 0
H H He n (1)
Des problèmes se posent si l’on cherche ainsi à récupérer cette énergie :
- pour initier la réaction, les noyaux doivent avoir la possibilité de s’approcher l’un de l’autre à moins
de 10–14 m. Cela leur impose de vaincre la répulsion électrostatique. Pour ce faire, on porte la matière
à une température de plus de 100 millions de degrés ;
- à la fin de la vie du réacteur de fusion, les matériaux constituant la structure du réacteur seront
radioactifs. Toutefois, le choix d’éléments de structure conduisant à des produits radioactifs à temps
de décroissance rapide permet de minimiser les quantités de déchets radioactifs. Cent ans après
l’arrêt définitif du réacteur, la majorité voire la totalité des matériaux peut être considérée comme des
déchets de très faible activité.
D’après le livre « Le monde subatomique », de Luc Valentin et le site Internet du CEA.
Les cinq parties sont indépendantes.
Données :
masse du neutron : m(n) = 1,674927
10 –27 kg
masse du proton : m(p) = 1,672622
10 –27 kg
masse d’un noyau de deutérium : m(
2
1H
) = 3,344497
10 –27 kg
masse d’un noyau de tritium : m(
3
1H
) = 5,008271
10 –27 kg
masse d’un noyau d’« hélium 4 » : m(
4
2He
) = 6,646483
10 –27 kg
célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00
108 m.s-1
1eV = 1,60
10 –19 J
Les « combustibles » utilisés dans le réacteur de fusion ne nécessitent pas de transport de matière
radioactive. En effet, le deutérium n’est pas radioactif. Le tritium est fabriqué sur site, à partir d’un
élément Y non radioactif suivant la réaction :
1 4 3
0 2 1
Y n He H
1. Le tritium
Donner la composition et le symbole du noyau Y en précisant les règles de conservation.
On donne un extrait de la classification périodique : H (Z=1), He (Z=2), Li (Z=3), Be (Z=4), B (Z=5).
2. Le noyau de deutérium
2.1. Donner la composition du noyau de deutérium
2
1H
.
2.2. Le deutérium et le tritium sont des isotopes. Justifier cette affirmation.
2.3. Donner l’expression littérale puis la valeur du défaut de masse
m(
2
1H
) du noyau de deutérium.
2.4. En déduire l’énergie E(
2
1H
) correspondant à ce défaut de masse en J puis en MeV et donner sa
signification physique.
