Mécanisme de fusion de l’hydrogène dans une étoile (Réunion 2003)

A-1 Au cours d’une fusion nucléaire 2 noyaux légers instables forment un noyau lourd plus stable. La réaction dégage de l’énergie.

Au cours d’une fission un noyau lourd instable se désintègre en noyaux plus stables. La réaction dégage de l’énergie.

A-2 Les noyaux des atomes d’hydrogène ne comportent qu’un proton de charge q = e > 0 . Par conséquent ils se repoussent puisqu’ils sont de même signe. Pour qu’ils puissent entrer en contact, il faut élever la température, ce qui augmente leur vitesse et donc leur énergie cinétique.

B-1

La particule ‘e’ est appelée un positron.

B-2

Le noyau d’hélium 3 est excité. En se désexcitant il émet un rayon gamma.

B-3

D’après les lois de conservation du nombre de nucléons et de charges :

3+3=4+2A A = 1

2+2=2+2Z Z = 1

Les 2 particules émises sont des noyaux d’hydrogène

B-4 vidéo

C-1 vidéo

4 H à He + 2 e + 2 g

On donne les masses des noyaux, en unité de masse atomique :

H : 1,0073 u He : 4,0026 u e: 0,0006 u

perte de masse = m(réactifs)-m(produits)

C-2 vidéo

L’énergie libérée par la réaction est :

E(libérée) = m(réactifs)-m(produits).c²

E(libérée) = 0,0254 u.c²

Or l’énergie de masse correspondant à une unité de masse atomique est :

E =u.c² = 935 MeV

E(libérée) = 0,0254x935,5 = 23,8 MeV

4 nucléons participent à cette réaction par conséquent :

E(libérée)/nucléon = E(libérée)/4 = 23,8/4 = 5,95 MeV/nucléon

La bonne estimation est 6 MeV

C-3 vidéo

La masse d’hydrogène transformée en une seconde est :

m = 720x10⁶ t = 7,20x10⁹ kg

Quand 4 noyaux d’hydrogène de masse 4x1,0073 u fusionnent la perte de masse correspondante est : m’ = 2,54x10^-2 u

La masse m’’ perdue chaque seconde par le soleil est donc :

La bonne estimation est 4 500 tonnes