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).