Fiche de révision

Transformations nucléaires

Contenu

Certains noyaux atomiques peuvent subir une transformation, dite nucléaire, au cours de laquelle de nouveaux noyaux sont formés. Une telle transformation est modélisée par une réaction nucléaire.

I Isotopes

À noter

Le mot isotope créé en 1913 par Sir Frederick Soddy signifie : « dans la même case de la classification périodique » (du grec, iso : égal et topos : place).

Des isotopes sont des atomes d'un même élément chimique (même nombre Z de protons) qui diffèrent seulement par leur nombre de neutrons (donc par leur masse).

Exemple : Le zinc 64 de symbole Z3064n et le zinc 68 de symbole Z3068n sont deux isotopes naturels stables du zinc.

II Réactions nucléaires

Les noyaux de certains isotopes peuvent subir une transformation pour former de nouveaux noyaux. On parle alors d'une transformation nucléaire modélisée par une réaction nucléaire.

• La fusion nucléaire met en jeu des noyaux légers qui se réunissent pour former un noyau plus lourd. La fusion nucléaire est à l'origine de l'énergie du Soleil.

• La fission nucléaire est la division d'un noyau lourd en noyaux plus légers sous l'effet de l'impact d'un neutron. C'est le type de réactions nucléaires utilisées dans les centrales nucléaires pour produire de l'énergie thermique convertie en énergie électrique.

Au cours d'une transformation nucléaire, il y a :

conservation du nombre de nucléons (nombre A) ;

conservation du nombre de charges (nombre Z).

La réaction nucléaire modélisant la transformation est symbolisée par une équation respectant ces deux lois de conservation.

Exemple : L'équation :

H12+H12H13+H11

symbolise la fusion de deux noyaux d'hydrogène 2. Le nombre de nucléons est bien conservé (2 + 2 = 3 + 1) ainsi que le nombre de charges (1 + 1 = 1 + 1).

À noter

Contrairement aux transformations physiques et chimiques, les transformations nucléaires ne respectent pas la conservation des éléments chimiques.

Méthode

Écrire une équation de réaction nucléaire

a. En utilisant une notation XZA, similaire à celle employée pour symboliser un noyau, le neutron se note n01. Expliquer pourquoi.

b. L'interaction entre un noyau d'azote 14 et un neutron est modélisée par une réaction nucléaire d'équation : n01+N714XZA+H11. Identifier le noyau XZA.

c. Un neutron entrant en collision avec un noyau d'uranium 235 peut provoquer la fission de ce noyau en deux noyaux plus légers. L'une de ces réactions de fission donne naissance à un noyau de sélénium 85 et un noyau de cérium 146, il se forme également plusieurs neutrons. Écrire l'équation de cette réaction de fission et déterminer le nombre y de neutrons formés.

Données : symboles et numéros atomiques de quelques éléments chimiques

Élément

bore

carbone

azote

oxygène

fluor

sélénium

cérium

uranium

Symbole

B

C

N

O

F

Se

Ce

U

Z

5

6

7

8

9

34

58

92

Conseils

a. Utilisez la signification des nombres A et Z.

b. et c. Appliquez les lois de conservation.

Solution

a. Un neutron se note n01 car le neutron est un nucléon (A = 1) qui ne porte pas de charge électrique (Z = 0).

b. La conservation du nombre de nucléons s'exprime par l'équation : 1 + 14 = A + 1 et par conséquent A = 14. La conservation du nombre de charges s'exprime par l'équation : 0 + 7 = Z + 1 donc = 6. L'élément chimique de numéro atomique Z = 6 est le carbone C. Le noyau XZA est donc C614, c'est-à-dire l'isotope 14 du carbone. L'équation est :

n01+N714C614+H11

c. L'équation de fission nucléaire s'écrit :

n01+U92235S3485e+C58146e+yn01

La conservation du nombre de nucléons se traduit par :

1 + 235 = 85 + 146 + × 1 et par conséquent y = 235 + 1 − 85 − 146 = 5.

Cette fission aboutit donc à la formation de 5 neutrons :

n01+U92235S3485e+C58146e+5 n01

À noter

La conservation de la charge est bien vérifiée, il y a initialement 92 charges et finalement on retrouve ces 92 charges (34 + 58 + 5 × 0 = 92).

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