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Radioactivité, énergie de liaison, fusion.

d'après : www.chimix.com [concours ESIEE 2005]

compléter les mots qui manquent

   18      250      deux      moitié      mol      plus      positon      protons      quatre      supérieure   

esiee5.gif est un élement radioactif de demi-vie 6 ans et dont la désintégration est de type alpha.
esiee50.gif. Il faut 24 ans pour désintégrer 45% d'une certaine quantité de cet élément.
1. Le noyau fils issu de la désintégration "alpha" possède-t-il deux nucléons de moins ?
esiee51.gif
Le noyau fils possède nucléons de moins et charges de moins.

2. La seconde réaction nucléaire est-elle du type "béta -" ?
esiee52.gif
émision d'un : radioactivité de type "béta +".

3. Faut-il 12 ans pour désintégrer 75 % d'une certaine quantité de l'élément X1 ( réaction 1)?
Au bout de 6 ans, la de la quantité initiale a disparu. Il en reste 50%.
Au bout de 6 années supplémentaires 50 % de ce qui était présent à la date t=6 ans, disparaît à nouveau ; au total 75 % a disparu.

4. Dans la seconde réaction , la demi vie vaut-elle 21 ans ?
Au bout de 24 ans, 45% de la quantité initiale s'est désintégrée.
Au bout d'une demi-vie 50% de la quantité initiale est désintègrée : La demi-vie est donc à 24 ans.

5. Dans la première réaction, au bout de 24 ans, reste-t-il 12,5% de la quantité initiale ?
Au bout de 6 ans il reste 50% ; au bout de 12 ans, il reste 25% ; au bout de ans, il reste 12,5 % ; au bout de 24 ans, il reste 6,7%

II.
L'énergie de liaison de esiee53.gif est 492,8 MeV ; celle de esiee530.gif est 1178 MeV et celle de esiee531.gif est 160 MeV
1. esiee530.gif est-il plus stable que esiee53.gif ?
énergie de liaison par nucléons :
1148/140 = 8,2 MeV/nucléons pour Xe
492,8/56 = 8,8 MeV/nucléons pour Fe. 8,8 >8,2 donc Fe est stable que Xe.

2. esiee531.gif est-il plus stable que esiee53.gif
énergie de liaison par nucléons :
160/20 = 8 MeV/nucléons pour Xe
492,8/56 = 8,8 MeV/nucléons pour Fe. 8,8 >8 donc Fe est plus stable que Ne.

3. esiee531.gif possède-t-il 10 neutrons ?
20 nucléons ; 10 ; 20-10 = 10 neutrons.

4. esiee53.gif possède-t-il 26 neutrons ?
56 nucléons ; 26 protons ; 56-26 = 30 neutrons.

5. L'énergie de liaison par nucléons de esiee531.gif vaut-elle 8 MeV/nucléons ?
160/20 = 8 MeV/nucléons.

III.esiee54.gif
1. La perte de masse vaut-elle 0,020 u ?
m( deutérium) + m( tritium) - [ m( hélium) + m(neutron)]
2,014 + 3,016 - ( 4,002 +1,008) = 0,020 u

2. La réaction libère-t-elle 18 MJ par atome de deutérium ?
esiee55.gif
18 méga électron volt et non pas 18 méga joule.

Un litre d'eau de mer contient 30 mg de deutérium.
3. Avec 1 L d'eau de mer pourrait-on récupérer 540 kJ ?
Qté de matière () = masse (g) / masse molaire (g/mol) = 0,03 / 2 = 0,015 mol
nombre d'atomes de deutérium : 0,015 * 6 10^ 23 = 9 10^ 21 atomes
énergie libérée : 9 10^ 21 * 3 10^ -12 = 27 10^9 J


4. La formation de 1 kg d'hélium fournit-elle environ 4,5 10^ 14 J ?
Quantité de matière (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol) = 1000 / 4 = 250 mol hélium
et en conséquence il faut mol de deutérium.
Or à une mole de deutérium correspond à 27 10^9 J
27 10^9 *250 = 6,75 10^ 12 J

5. 2 TEP fournissent-elle autant d'énergie que 3 L d'eau de mer ?
3 L d'eau de mer fournissent : 27 10^9 *3 = 8,1 10^10 J soit 2 TEP