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Le coin des experts




8
La chaîne proton-proton

Établir une équation nucléaire


Dans les étoiles, la fusion de quatre protons permet la formation de l’hélium 4. La chaîne « proton-proton » montre comment on passe de l’atome d’hydrogène à l’atome d’hélium. Cette réaction ne peut avoir lieu que lorsque la température dépasse le million de kelvins, pour vaincre la barrière coulombienne, qui résulte de la répulsion entre deux protons.

Données

Le noyau d’hydrogène contient un proton. On peut le représenter par « p » ou par la représentation symbolique du noyau de l’atome d’hydrogène.

Questions

1. Au cours de la première étape, deux protons fusionnent pour former du deutérium, un isotope de l’hydrogène contenant deux nucléons. Donnez la composition du noyau de deutérium, puis écrivez l’équation de la réaction. Identifiez la particule émise au cours de cette réaction.


2. Au cours de la deuxième étape, un proton fusionne avec un noyau de deutérium pour former un noyau d’hélium 3. Écrivez l’équation de la réaction.


3. Au cours de la dernière étape, deux noyaux d’hélium 3 réagissent pour former le noyau d’hélium 4 en libérant deux protons. Écrivez l’équation de la réaction.


4. Écrivez l’équation de la réaction globale.


Modes de désintégration de certains éléments radioactifs.

Des réactions nucléaires se déroulent en son cœur.
Illustration d’une étoile.

7
Réactions nucléaires en chaîne

Reconnaître une réaction nucléaire

Version initiés (B) ici.


Élément Type de désintégration
Plutonium 244
α\alpha
Uranium 240
β\beta^{-}
Neptunium 240
β\beta^{-}
Plutonium 240
α\alpha
1
Modes de désintégration de certains éléments radioactifs.


Schéma des différents modes de désintégration
2
Schéma des différents modes de désintégration.

Il existe plusieurs modes de désintégration pour un noyau radioactif. La désintégration d’un noyau père X\text{X} s’accompagne de l’émission d’une particule ainsi que de la modification du noyau en un noyau fils Y.\text{Y}.

Données

Numéro atomique et symbole des éléments :
  • uranium : Z(U)=92Z(\text{U}) = 92 ;
  • neptunium : Z(Np)=93Z(\text{Np}) = 93 ;
  • plutonium : Z(Pu)=94.Z(\text{Pu}) = 94.


Questions

1. Indiquez les grandeurs représentées en abscisses et en ordonnées du diagramme.


2. Un noyau père X(Z;A)\text{X}(Z\,;A) peut se désintégrer selon trois modes représentés sur le diagramme. Identifiez les compositions des noyaux fils obtenus pour les trois types de désintégration, et déduisez-en la représentation symbolique de leurs noyaux.


3. Écrivez les équations de désintégration de l’élément X(Z;A)\text{X}(Z\,;A) selon les trois types de désintégration proposés.


4. Le plutonium 244 a été identifié dans des météorites anciennes, laissant penser qu’il a été créé au cours de la formation du système solaire. C’est un élément radioactif qui peut se désintégrer. Le noyau fils obtenu peut à son tour se désintégrer. La chaîne de désintégration permet d’obtenir un isotope stable. Le tableau présente quelques-uns des isotopes de la chaîne de désintégration. Établissez les équations de désintégration des noyaux radioactifs.

C
Réaction triple alpha

Reconnaître une réaction nucléaire

Version initiale (exercice 4, le repaire des initiés) ici.

Voir les réponses

Une des réactions qui se produit dans les étoiles est la réaction « triple alpha », qui est à l’origine de la formation des noyaux de carbone 12. Cette réaction se produit vers la fin de vie d’une étoile, quand la température devient suffisamment élevée (100 MK) pour que le béryllium 8 puisse rencontrer un noyau d’hélium et former le carbone 12 très stable.

Données
Les numéros atomiques des noyaux d’hélium (ZHe = 2), de béryllium (ZBe = 4) et de carbone (ZC = 6).

Questions

1. Écrivez les équations de réactions nucléaires qui permettent de transformer l’hélium 4 en carbone 12 et indiquez le type de réaction dont il s’agit.


2. Expliquez pourquoi cette réaction porte le nom “triple alpha”.



Schéma de la réaction triple alpha
Des noyaux de carbone 12 se forment à partir de la particule α.\alpha.
Schéma de la réaction « triple alpha ».
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