LE PLUTONIUM (Amérique du nord 2009 ; 4 POINTS) corrigé

 

En consultant l’encyclopédie Universalis on constitue la carte d’identité du plutonium fournie ci-dessous :

Description : métal lourd artificiel

Isotopes : quinze isotopes dont plutonium 238, 239 et 241

Production : irradiation de l’uranium 238

Utilisation : plutonium 239 : composant de têtes nucléaires et de combustibles Mox ;
plutonium 238 : source de neutrons et de chaleur

Radioactivité : émetteur de particules alpha et rayonnement gamma faible, sauf
plutonium 241 émetteur bêta

Commentaire : plutonium 239 et 241 sont des matières fissiles…

Données :     1 MeV = 1,6022.10-13 J ;

                        1 u = 1,66043.10-27 kg ;

                        c = 2,9979.108 m.s-1.

Extrait de la classification périodique :

92U

93Np

94Pu

95Am

96Cm

Uranium

Neptunium

Plutonium

Américium

Curium

Masse atomique de quelques noyaux :

Noyau

Masse  (en u)

101,9103

134,9167

239,0530

1,0089

 

1. À partir de la carte d’identité du plutonium, répondre aux questions suivantes.

1.1.   Le numéro atomique de l’élément chimique plutonium étant Z = 94, donner la  composition des noyaux de plutonium 238 et 239.

1.2.   Définir l’isotopie.

1.3.   Quelle est la nature d’une « particule alpha » ?

1.4.   En utilisant l’extrait de la classification périodique et en précisant les lois de conservation utilisées, écrire l’équation de la désintégration du noyau de
          plutonium 238 lorsque le noyau fils est émis dans un état excité.

1.5.   Pourquoi y a-t-il émission d’un rayonnement gamma ?

1.6.   De quelle réaction parle-t-on dans le commentaire de la carte d’identité ci-dessus ? La définir.

2. L’équation (1) de la réaction du plutonium 239 sous l’impact d’un neutron est :

  (1)

2.1.   Donner l’expression de la perte de masse du système au cours de cette réaction. Calculer sa valeur en kilogramme.

2.2.   Donner l’expression de l’énergie libérée par l’action d’un neutron sur un noyau de plutonium. Calculer sa valeur en MeV.

3. On donne les énergies de liaison des noyaux suivants :

noyaux

Énergie de liaison

(en MeV)

1,79.103

1,12.103

8,64.102

3.1.   À partir des énergies de liaison de ces trois noyaux, donner l’expression de l’énergie libérée lors de la réaction (1). Calculer cette énergie et comparer le résultat à la valeur trouvée en 2.2.

3.2.   Calculer l’énergie de liaison par nucléon de chacun des noyaux. Comparer la stabilité de ces trois noyaux.

3.3.   À l’aide de ces résultats, donner et justifier le bilan énergétique de la réaction (1).