Centrale

CENTRALE NUCLÉAIRE 7 POINTS /20 ( D'APRÈS EXERCICE N°5 PAGE 121 BORDAS ) feuille de papier millimétrée

I ) INTRODUCTION Un réacteur nucléaire fonctionne à l'uranium enrichi constitué à 3% de

235 92

U et de 97 % de

238 92

U

I – 1 . a ) Que représentent les nombres 92 , 235 et 238 I – 1 . b ) donner la composition de chaque noyau I – 1 . c) A quelle catégorie appartiennent ces noyaux. I – 2 .a ) énoncer la relation d'équivalence masse – énergie I- 2 . b ) définir le "défaut de masse" pour un noyau ZA X I – 3 ) La courbe d'Aston

235

I - 3 . a ) Donner la définition de El , énergie de liaison I - 3 . b ) Quelle est l'ordre de grandeur de l'énergie de liaison moyenne par nucléon pour les noyaux les plus stables ? I - 3 . c ) Des transformations nucléaires provoquées peuvent avoir lieu avec 23592U et 21H  A partir de la courbe d'Aston, indiquer parmi les quatre réactions envisagée, lesquels sont susceptibles de fournir de l'énergie : 235 235 Fusion de 92U ; fission de 92U ; fusion de 12 H ; fission de 12 H II ) LA CENTRALE NUCLÉAIRE 235 1 94 140 1 II – 1 ) Une des réactions possibles est : 92U + 0 n → ... Sr + 54 Xe + …. 0 n Compléter l'équation de la réaction en précisant les règles utilisées.

(1)

II – 2 )Les énergies de liaison par nucléons sont : 235 140 = 7,5 MeV pour 92U ; = 8,2 MeV pour 54 Xe ; Calculer l'énergie de liaison pour chaque noyau.

= 8,5 MeV pour

94 ...

Sr

II – 3 ) Montrer que l'énergie libérée par la réaction ( 1 ) peut s'écrire : Elib = E l (Sr) + E l (Xe) — E l (U) . Calculer cette énergie en MeV. II – 4 ) Dans le cœur du réacteur, chaque noyau d'uranium libère en moyenne une énergie de 200 MeV au cours de chaque fission,30 % de cette énergie est transformée en énergie électrique. Une tranche de la centrale de Belleville fournit une puissance électrique de 1 350 MW. 235 Calculer, en kg, la consommation journalière de 92U dans cette centrale. III ) RISQUES III – 1 ) L'iode 131 est l'un des effluents gazeux susceptibles de s'échapper d'un réacteur nucléaire. 134 53 I est un émetteur β , sa demi-vie est t1/2 = 8,0 j . 134

III – 1 . a ) La désintégration d'un noyau 53 I s'accompagne le plus souvent d'une émission γ.  Préciser la nature du rayonnement γ.  Comment interprète-t-on son origine ? III – 1 . b ) Écrire l'équation de désintégration de l'iode 131. III – 1 . c ) On désire placer l'iode 131 dans le diagramme ( N,Z ) , où se situe – t – il par rapport à la " courbe de stabilité " III – 2 ) L'iode 131 pose de sérieux problèmes par son aptitude à se fixer sur la glande thyroïde. Un individu est contaminé et son activité à cet instant t = 0 est noté A0. A représente l'activité de l'individu à un instant t. III – 2 . a ) Tracer, sans utiliser la calculatrice, la courbe exprimant en fonction de t, en choisissant les points d'abscisse t1/2 , 2 t1/2 , 3 t1/2 , 4 t1/2, 5 t1/2 et 6 t1/2 . échelle : ordonnée : 16 cm →1 ; abscisse : 1 cm → 4 jours III - 2. b ) En utilisant la courbe tracée dans la question précédente, déterminer le moment approximatif après l'irradiation où l'individu verra son activité divisée par 20. III – 2 . c ) Calculer en MeV l'énergie libérée par noyau désintégré. Sous quelles formes est-elle libérée ? Données : masse d'un noyau d'uranium 235 : mU = 234,9935 u. célérité de la lumière, c = 2,998. 108 m.s-1 ; 1 eV = 1,602 . 10-19 J : énergie de masse associée à l'unité de masse atomique, 931,5 MeV : 134 masse des différents noyaux, m( 53 I ) = 130,877 0 u ; 130 131 m ( 52Te ) = 129,878 2 u : m( 54 Xe ) = 130,875 4 u : masse de l'électron, me = 5,485 8 . 10-4 u.

1 u = 1,660 55.10-27 kg