La centrale nucléaire de Chinon, surgénérateur : concours EMCTA 2010. Ecole Militaire des corps techniques et administratifs

La centrale nucléaire de Chinon. Le Centre Nucléaire de Production d'Électricité (CNPE) de Chinon s'etend sur 155 hectares en bordure de Loire. lmplanté au sein du Parc Naturel Régional Loire-Anjou-Touraing le CNPE de Chinon est installé sur le territoire de la commune d'Avoine à l'Ouest du département d'lndre-et-Loire (37), situé sur la rive gauche de la Loire à mi-chemin entre Tours et Angers. A sa création, La centrale regroupait 3 réacteurs nucléaires de la filière graphite-gaz. Ils ont été remplacés par quatre nouveaux réacteurs de la filière REP (réacteur à eau sous pression) mis en service en 1984 pour deux d'entre eux, et en 1987 et 1988. Ces réacteurs sont refroidis par l'eau de la Loire. En 2008, les quatre réacteurs de 900 MW ont prcduit 24,26 milliards de kWh. Pour démarrer un réacteur nucléaire on peut utiliser une source composée d'américium et de béryllium. L'americium 241 (241Am) est un émetteur a. Une particule a émise par I'américium interagit avec un noyau de béryllium ( 94Be ) pour produire un noyau de carbone 12 et un neutron. Rappeler les deux lois de conservation permettant d'équilibrer une réaction nucléaire. Conservation du nombre de nucléons et conservation de la charge. Ecrire l'équation de désintégration a de l'américium 241. Extrait de la classification: 89Th ; 91Pa, 92U ; 93Np ; 94Pu ; 95Am ; 96Cm ; 97Bk. 24195Am ---> AZX +42He. Conservation de la charge : 95 = Z+2 soit Z = 93 ( élément neptunium Np ) Conservation du nombre de nucléons : 241 = A+4 soit A = 237 24195Am ---> 23793Np +42He. Ecrire l'équation de la réaction entre une particule a et lm noyau de béryllium 9. 42He + 94Be ---> 126C +10n. Production d'énergie : Sous l'impact d'un neutron créé grâce à la source "américium-béryllium ", un noyau d'uranium 235 23592U peut produire un noyau de strontium 94 9438Sr, un noyau de xénon 139 13954Xe et des neutrons. Expliquer brièvement en quoi consistent les réations de fission nucléaire et de fusion nuclaire. La fission est une réaction nucléaire provoquée au cours de laquelle un noyau lourd "fissible" donne naissance à deux noyaux plus légers. La réaction se fait avec perte de masse et dégagement d'énergie.   La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle deux noyaux légers s'unissent pour former un noyau plus lourd. La réaction se fait avec perte de masse et dégagement d'énergie. Ecrire l'équation de cette réaction de fission nucléaire de I'uranium 235 et en déduire le nombre de neutrons formés. 23592U + 10n ---> 9438Sr + 13954Xe +3 10n Comparer le nombre de neutrons formés au nombre de neutrons consommés.Quelle conséquence peut-on déduire de cette comparaison ? Le nombre de neutrons formés est supérieur au nombre de neutrons initiaux : on aboutit à une réaction en chaîne. Définir le défaut de masse Dm d'un noyau AZX et donner son expression en fonction de la masse m(AZX) du noyau et des masses m(n) et m(p) d'un neutron et d'un proton. On appelle défaut de masse d'un noyau la différence entre la masse totale des A nucléons séparés ( Z protons et A-Z neutrons), au repos et la masse du noyau formé, au repos. Dm = m(AZX)-Z m(p) -(A-Z) m(n). Définir l'énergie de liaison El du noyau AZX et donner son expression en fonction de Dm. On appelle énergie de liaison notée El d'un noyau l'énergie que doit fournir le milieu extérieur pour séparer ce noyau au repos en ses nucléons libres au repos. El = Dmc2. Exprimer l'énergie de réaction DE correspondant à l'equation-bilan en fonction des énergies de liaison de 23592U, 13954Xe et du strontium 94. DE = El(9438Sr) + El(13954Xe) + El(23592U). Surgénérateur. Dans un réacteur à eau pressurisée, il y a essentiellement consommation de l'uranium 235,matériau rare, et peu de consommation de I'uranium 238, matérirau relativement abondant. Dans un surgénerateur, c'est au contraire I'uranium 238 qui est presque exclusivement consommé. Formation du plutonium 23994Pu : Un noyau d'uranium 23892U capture un neutron. Le noyau obtenu subit une désintégration ß-. Le nouveau noyau obtenu subit également une désintégration ß-. Ecrire la suite des trois réactions nucléaires et vérifier que l'on obtient bien le plutonium 23994Pu. 23892U +10n ---> 23992U. 23992U ---> 23993Np +0-1e. 23993Np ---> 23994Pu +0-1e. Fission du plutonium 23994Pu. Par capture d'un neutron rapide, le plutonium 23994Pu subit une fission en deux fragments accompagnée de l'émission d'en moyenne 2,89 neutrons rapides. Sachant que la réaction de formation du plutonium est un peu plus fréquente que la réaction de fission de ce même noyau  faire le bilan de ce qui est consommé et de ce qui est produit dans un surgénerateur et commenter ce bilan. 23892U, 10n et 23994Pu sont consommés. 23994Pu ---> AZX + A'Z'Y +2,89 10n. AZX, A'Z'Y, 2,89 10n et 2 0-1e sont formés. Bilan : 23892U est consommé et il se forme AZX, A'Z'Y, 1,89 10n et 2 0-1e. La surgénération permet de consommé l'uranium 238 fertile ( ce dernier représente plus de 99% de l'uranium) et de libérer une grande quantité d'énergie.

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