I. Bilan énergétique des réactions nucléaires

1. Énergie libérée par une désintégration radioactive

On considère la réaction nucléaire spontanée d'équation noyau père particule expulsée + noyau fils + rayonnement .
Cette réaction nucléaire libère de l'énergie qui apparaît
sous forme d'énergie cinétique de la particule expulsée
sous forme d'énergie rayonnante du photon ?.

2. Perte de masse ou variation de masse

Au cours de la réaction nucléaire, la perte de masse ou variation de masse est = masse finale - masse initiale.

= m(particule expulsée) + m(noyau fils) - m(noyau père) < 0

3. Énergie de masse

En 1905, Einstein a postulé : " Une particule de masse m, au repos, possède l'énergie E₀ = m.c² ".
c est la célérité de la lumière dans le vide ; c = 3,00.10⁸ m.s^-1.

4. Énergie libérée par la désintégration radioactive

E_libérée = > 0.

Unités S.I : est en kg ; c est en m.s^-1 ; E_libérée est en J (joules).

II. Grandeurs du noyau

1. Unités de masse et d'énergie

L'unité de masse atomique notée u est le douzième de la masse d'un atome de carbone 12.

1 u = 1,66.10^-27 kg.

Masse des particules élémentaires :
- proton : m_p = 1,0073 u = 1,673.10^-27 kg
- neutron : m_n = 1,0087 u = 1,675.10^-27 kg
- électron : m_e = 0,00055 u = 9,1.10^-31 kg.

Unités usuelles :
- d'énergie : l'électronvolt : 1 eV = 1,6.10^-19 J
- de masse : l'énergie de masse de l'unité de masse atomique est 1 u.c² = 931,5 MeV.

2. Énergie de liaison d'un noyau

Définition :




L'équation de la formation d'un noyau peut s'écrire :


L'énergie de liaison du noyau = - perte de masse x c²
soit E_l = - [ m(noyau) - Z.m(proton) - (A-Z).m(neutron) ].c²

El = [Z.m_p + (A-Z).m_n].c² - m().c²

III. Stabilité d'un noyau

Un noyau est stable s'il ne se décompose pas au cours du temps.
Un noyau est instable s'il se décompose au cours du temps : il est radioactif.

1. Énergie de liaison par nucléon

Pour un noyau

, l'énergie de liaison par nucléon est .


On a les noyaux les plus stables pour 50 < A < 75.

2. Courbe d'Aston

3. Remarque

En bombardant par des particules des noyaux qui possèdent une énergie de liaison par nucléons relativement faible, on peut provoquer une réaction nucléaire.
Cette réaction nucléaire produit d'autres noyaux X plus stables en libérant de l'énergie.

IV. Les réactions nucléaires provoquées

1. La fission nucléaire

Définition :


Elle libère de l'énergie.

Exemple : fission de l'uranium 235.

Applications :
- fission contrôlée : dans les réacteurs nucléaires des centrales électriques.
- fission non contrôlée : bombe A.

2. La fusion nucléaire

Définition :


Elle libère de l'énergie.

Exemple : fusion naturelle du Soleil.

Applications :
- énergie libérée par le Soleil (fusion naturelle).
- fusion non contrôlée : bombe H.
- fusion contrôlée : un espoir ... le projet ITER.