Anabac

Sciences Physiques

Pondichéry 2011

Exercice 3

énoncé

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I- Questions générales sur la radioactivité

II- Étude de la réaction de fusion

 

 

               

 

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

 

« Dans une cavité en or de quelques millimètres de long, on place une microbille 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 λ 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 microbille, 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 microbille, 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

Électron

Deutérium

Tritium

Hélium

Symbole

Masse en u

1,00866

0,00055

2,01355

3,01355

4,00150

 

Unité de masse atomique : 1 u = 1,660 54 x 10-27 kg

Électron - volt : 1 eV = 1,60 x 10-19 J

Vitesse de la lumière dans le vide : c = 3,00 x 108 m . s-1

Constante de Planck : h = 6,62 x 10-34 J . s

Constante d'Avogadro : NA = 6,02 x 1023 mol-1

 

I- Questions générales sur la radioactivité

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...».

2)- Rappeler la nature de l'interaction assurant la cohésion du noyau.

3)- Le tritium et le deutérium sont des noyaux radioactifs.

a)-  Qu'est-ce qu'un noyau radioactif ?

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

c)-  Le noyau de tritium est radioactif β-. Écrire l'équation de sa désintégration en
rappelant les lois de conservation utilisées.

4)-  Le noyau de tritium a une demi-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 ?

5)-  À quel domaine des ondes électromagnétiques, la radiation émise par les lasers utilisés
appartient-elle ?

6)-  Exprimer puis calculer la différence d'énergie ΔE de la transition à l'origine du
rayonnement laser en fonction de h, c et la longueur d’onde λ.

 

II- Étude de la réaction de fusion

1)-  Écrire l'équation de la réaction de fusion mise en œuvre dans la microbille du laser Mégajoule.

2)-  Quelle masse m (T) de tritium doit-on mettre dans la microbille pour que les 0,40 mg de deutérium soient totalement consommés lors de la réaction de fusion ?

3)-  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).

4)-  Dans le cas du Laser Mégajoule, calculer, en joule, l'énergie libérée pour la réaction de fusion impliquant m (D) = 0,40 mg de deutérium.

5)-  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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