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Physique-Chimie 2de

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Exercices




Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Savoir identifier des isotopes :
DIFF
21

Savoir vérifier les lois de conservation dans une équation de réaction nucléaire :
12
18

Savoir identifier la nature nucléaire d’une transformation :
19

Connaître les conversions d’énergie se déroulant au sein du Soleil et dans un réacteur nucléaire :
14

Pour s'échauffer

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5
Composition des noyaux

Le magnésium 24 de symbole 1224Mg^{24}_{12}\text{Mg} et le magnésium 1225Mg^{25}_{12}\text{Mg} sont stables.

Donner la composition de ces deux noyaux.


6
Radioactivité α\alpha

Le béryllium 8 de symbole 48Be^{8}_{4}\text{Be} est un isotope radioactif qui se désintègre selon un processus de type α\alpha (noyau d’hélium 24He^{4}_{2}\text{He} ).

Identifier l'autre noyau produit et écrire l’équation de la transformation.


7
Radioactivité β\beta^-

L’arsenic 77 de symbole 3377As^{77}_{33}\text{As} est un isotope radioactif qui se désintègre selon un processus de type β.\beta^-.

Identifier le noyau et la particule produite puis écrire l’équation de la transformation.
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8
Radioactivité β+\beta^+

Le zirconium 86 de symbole 4086Zr^{86}_{40}\text{Zr} est un isotope radioactif qui se désintègre selon un processus de type β+\beta^+.

Identifier le noyau et la particule produite puis écrire l’équation de la transformation.


9
Fusion

Donner une définition de la fusion thermonucléaire et rappeler les conditions pour que le processus se déclenche.

10
Fission

Écrire l’équation de la réaction de fission d’un noyau d’uranium 235 235U^{235}\text{U} par un neutron 01n^{1}_{0}\text{n} qui donne un noyau de tellure 137 137Te^{137}\text{Te}, un noyau de zirconium 97 97Zr^{97}\text{Zr} et deux neutrons.


Retrouvez une vidéo sur l'écriture des équations de réaction nucléaire.

Pour commencer

Lois de conservation

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11
Utiliser les lois de conservation

MOD : Modéliser une transformation par une équation

1. Quelles sont les deux grandeurs physiques qui se conservent lors d’une transformation nucléaire ?


2. En utilisant les lois de conservation et la classification périodique des éléments, identifier le noyau dans ZAX^{A}_{Z}\text{X} chacune des équations de réaction ci-dessous :

a. 84213Po ZAX+24He.^{213}_{\,\,84}\text{Po} \rightarrow ^{A}_{Z}\text{X} +\, ^{4}_{2}\text{He}.


b. 82209Pb ZAX+10e.^{209}_{\,\,82}\text{Pb} \rightarrow  ^{A}_{Z}\text{X} + ^{\:\:\:0}_{-1}\text{e}.


c. 01n+94239Pu 3894Sr+ZAX+301n.^{1}_{0}\text{n} +\, ^{239}_{\,\,94}\text{Pu} \rightarrow ^{94}_{38}\text{Sr} +\, ^{A}_{Z}\text{X} + 3\,^{1}_{0}\text{n}.
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12
Chaîne radioactive

MATH : Effectuer des calculs numériques

Le thorium 90292Th^{292}_{\,\,90}\text{Th} est l’isotope du thorium le plus abondant naturellement sur Terre (99,95 %). Il fait partie d’une chaîne de transformations successives composée de 5 désintégrations α\alpha d’équation ZAXZ2A4Y+24He^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow\, ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} +\, ^{4}_{2}\text{He} et de 7 désintégrations β\beta^-d’équation ZAXZ+1AY+10e^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow \,^{\:\:\:\:\:A}_{Z+1}\text{Y} +\, ^{\:\:\:0}_{-1}\text{e}

Trouver et écrire la notation symbolique du noyau final.

Réactions de fission et fusion

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13
Fission de l’atome

MATH : Calcul numérique : utiliser la proportionnalité

La première bombe nucléaire utilisée, surnommée Little Boy, fut lâchée par l’armée américaine sur la ville d’Hiroshima le 6 août 1945. 70 % de la ville ont été détruits et près de 140 000 personnes sont mortes des conséquences directes ou indirectes de l’explosion.
L’explosion de 1 kg de TNT (trinitrotoluène) dégage 4,2 MJ et la combustion de 1 kg de pétrole dégage une énergie de 42 MJ. L’énergie dégagée par le bombardement d’Hiroshima est de 6,3 ×\times 1013 J.

1. Quel est le type de transformation qui a lieu lors de la combustion du pétrole ou l’explosion de TNT ?


2. À quelle masse de TNT correspond l’explosion de Little Boy sur la ville d’Hiroshima ?


Hiroshima
Hiroshima, 7 août 1945.

Conversion d’énergie

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14
Centrale nucléaire

APP : Extraire l’information utile sur supports variés

Centrale nucléaire


Une centrale nucléaire est constituée de réacteurs dans lesquels des réactions de fission libèrent de l’énergie sous forme d’énergie de rayonnement. Cette énergie est convertie en énergie thermique et est utilisée pour chauffer l’eau du circuit primaire. Ce circuit primaire est en contact avec le circuit secondaire. L’eau du circuit secondaire est chauffée et transformée en vapeur. La pression de cette vapeur permet de faire tourner une turbine qui entraîne un alternateur (générateur) qui transmet l'énergie reçue vers le réseau électrique par transfert électrique. L’eau circule alors dans un circuit de refroidissement où elle est condensée à l’état liquide et refroidie par échange thermique avec l’air.

En utilisant les termes ci-dessous, représenter un diagramme énergétique des échanges qui ont lieu dans les circuits primaire et secondaire de la centrale nucléaire.

Mots : Énergie nucléaire - Énergie thermique - Énergie cinétique - Transfert électrique - Énergie de rayonnement - Réseau de distribution électrique - Turbine - Fluide caloporteur - Noyaux - Fission.

Couleurs
Formes
Dessinez ici

Supplément numérique

Fonctionnement d’une centrale nucléaire de type REP
Fonctionnement d’une centrale nucléaire de type REP.

Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Savoir vérifier les lois de conservation dans une équation de réaction nucléaire

15
Brachythérapie

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MOD : Modéliser une transformation par une équation

La brachythérapie est une technique de radiothérapie qui consiste à placer une source radioactive près d’une tumeur cancéreuse. Cette technique permet de contrôler la dose donnée au patient, la durée d’exposition et la zone à irradier. L’un des isotopes utilisés est le cobalt 60Co^{60}\text{Co}. Celui-ci est produit par une capture d’un neutron 10n^{0}_{1}\text{n} par le cobalt 59Co^{59}\text{Co}. Ensuite, il se transforme selon un processus β\beta^- émettant un électron 10e.^{\:\:\:0}_{-1}\text{e}.

Écrire l’équation de la transformation produisant le cobalt 60, puis identifier le noyau obtenu lors de la transformation radioactive β\beta^- du cobalt 60.
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16
Traceurs radioactifs

MOD : Modéliser une transformation par une équation

L’irathérapie est une technique d’imagerie médicale qui consiste à injecter au patient des noyaux radioactifs qui vont se fixer sur les organes que l’on veut observer. Une caméra détecte le rayonnement émis par ces noyaux lors de leur désintégration β.\beta^-.

1. Les isotopes 123, 125 et 131 de l’iode I\text{I} sont fréquemment utilisés en médecine. Lequel est utilisé en irathérapie ? Justifier (voir activité 2, p. 183, si nécessaire).


2. Écrire l’équation de désintégration de l’isotope de l’iode utilisé.


Extrait du diagramme de Segrè
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17
Datation

MOD : Modéliser une transformation par une équation

À l’origine de la Terre, les minéraux formés ne contenaient pas de plomb. Cependant ils contenaient de l’uranium 235 et de l’uranium 238 qui ont subis une chaîne de transformations successives pour aboutir respectivement à deux isotopes stables du plomb. La mesure de la proportion des isotopes du plomb présents dans les roches permet de dater celles-ci.

Sachant que la chaîne de l’uranium 235 est composée de 4 désintégrations β\beta^- et de 7 désintégrations a et que celle de l’uranium 238 est composée de 6 désintégrations β\beta^- et de 8 désintégrations α\alpha. Déterminer, sans écrire les équations pour chaque transformation, les deux isotopes en question.

Rappel

  • Désintégration α\alpha : ZAXZ2A4Y+24He ^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow \,^{A-4}_{Z-2}\text{Y} +\, ^{4}_{2}\text{He} ;

  • Désintégration β\beta^- : ZAXZ+1AY+10e.^{A}_{Z}\text{X} \rightarrow \,^{\:\:\:\:\:A}_{Z+1}\text{Y} + ^{\:\:\:0}_{-1}\text{e}.
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