Calcul Énergétique de la Fusion Deutérium-Tritium
Contexte : La Fusion NucléaireProcessus où deux noyaux atomiques légers s'assemblent pour former un noyau plus lourd, libérant une immense quantité d'énergie..
La fusion nucléaire est le processus qui alimente les étoiles, comme notre Soleil. Sur Terre, les scientifiques cherchent à la maîtriser pour produire une énergie propre et quasi illimitée. La réaction la plus prometteuse est celle entre deux isotopes de l'hydrogène : le DeutériumIsotope de l'hydrogène dont le noyau contient un proton et un neutron. (\(^2_1H\)) et le TritiumIsotope radioactif de l'hydrogène dont le noyau contient un proton et deux neutrons. (\(^3_1H\)). Cet exercice vous guidera à travers le calcul de l'énergie colossale libérée par une seule de ces réactions, en utilisant les principes fondamentaux de la chimie nucléaire.
Remarque Pédagogique : Cet exercice illustre l'un des principes les plus profonds de la physique moderne : l'équivalence masse-énergie, décrite par la célèbre équation d'Einstein, \(E=mc^2\). Vous verrez comment une infime perte de masse peut se transformer en une quantité d'énergie considérable.
Objectifs Pédagogiques
- Comprendre et écrire l'équation d'une réaction de fusion nucléaire.
- Calculer un défaut de masseDifférence entre la masse totale des réactifs et la masse totale des produits dans une réaction nucléaire. Cette masse "perdue" est convertie en énergie..
- Appliquer la relation d'équivalence masse-énergie (\(E = \Delta m \cdot c^2\)).
- Manipuler les unités courantes en physique nucléaire (u, kg, J, MeV).
Données de l'étude
Schéma de la réaction de fusion D-T
| Particule / Constante | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Noyau de Deutérium | \(m(^2_1H)\) | 2,013553 | u |
| Noyau de Tritium | \(m(^3_1H)\) | 3,015500 | u |
| Noyau d'Hélium | \(m(^4_2He)\) | 4,001506 | u |
| Neutron | \(m(^1_0n)\) | 1,008665 | u |
| Unité de masse atomique | 1 u | \(1,66054 \times 10^{-27}\) | kg |
| Vitesse de la lumière | c | \(2,99792 \times 10^8\) | m/s |
| Conversion Électronvolt | 1 MeV | \(1,60218 \times 10^{-13}\) | J |
Questions à traiter
- Écrire l'équation-bilan complète de cette réaction nucléaire.
- Calculer la masse totale des réactifs en unité de masse atomique (u).
- Calculer la masse totale des produits en unité de masse atomique (u).
- Déterminer le défaut de masse (\(\Delta m\)) de la réaction, d'abord en u, puis en kg.
- Calculer l'énergie (\(E\)) libérée par cette réaction, d'abord en Joules (J), puis en Mégaélectronvolts (MeV).
Les bases sur la Fusion Nucléaire
Pour résoudre cet exercice, deux concepts fondamentaux de la physique nucléaire sont nécessaires.
1. Le Défaut de Masse (\(\Delta m\))
Dans une réaction nucléaire, la masse ne se conserve pas strictement. La masse totale des noyaux formés (produits) est légèrement inférieure à la masse totale des noyaux qui ont réagi (réactifs). Cette différence, appelée "défaut de masse", est la masse qui a été convertie en énergie.
2. L'Équivalence Masse-Énergie
Albert Einstein a établi en 1905 que la masse et l'énergie sont deux facettes de la même réalité. L'énergie (\(E\)) libérée lors d'une réaction nucléaire est directement proportionnelle au défaut de masse (\(\Delta m\)) selon la célèbre formule :
Où \(c\) est la vitesse de la lumière dans le vide. Cette équation explique pourquoi une si petite quantité de masse peut libérer une si grande quantité d'énergie.
Correction : Calcul Énergétique de la Fusion Deutérium-Tritium
Question 1 : Écrire l'équation-bilan de la réaction.
Principe (le concept physique)
Toute transformation nucléaire est modélisée par une équation qui doit respecter des lois de conservation fondamentales, assurant que le nombre de "briques" élémentaires du noyau (protons et neutrons) reste cohérent avant et après la réaction.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Les Lois de Soddy : Ces lois de conservation régissent toutes les réactions nucléaires.
- Conservation du nombre de masse (A) : Le nombre total de nucléons (protons + neutrons) doit être le même dans les réactifs et les produits.
- Conservation du nombre de charge (Z) : Le nombre total de protons (la charge électrique du noyau) doit être le même dans les réactifs et les produits.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Pensez à une équation nucléaire comme à un puzzle. Vous avez des pièces de départ (les réactifs) et des pièces d'arrivée (les produits). Votre travail est de vérifier que vous n'avez ni perdu ni gagné de protons ou de neutrons en cours de route. C'est un simple travail de comptabilité.
Normes (la référence réglementaire)
La notation \(^A_ZX\) est une convention internationale établie par l'Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée (UICPA) pour garantir que les scientifiques du monde entier décrivent les noyaux atomiques de la même manière, sans ambiguïté.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Loi de conservation de la masse
Loi de conservation de la charge
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que les particules listées dans l'énoncé (Deutérium, Tritium, Hélium, neutron) sont les seules impliquées dans la réaction. On ne considère pas les particules subatomiques plus exotiques ou les rayonnements gamma, sauf s'ils sont spécifiés.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
| Rôle | Particule | Notation |
|---|---|---|
| Réactif | Deutérium | \(^2_1H\) |
| Réactif | Tritium | \(^3_1H\) |
| Produit | Hélium | \(^4_2He\) |
| Produit | Neutron | \(^1_0n\) |
Astuces (Pour aller plus vite)
Cette section n'est pas directement applicable pour l'écriture d'une équation, qui est une étape conceptuelle. L'astuce est de bien connaître la notation des particules courantes (proton, neutron, électron, etc.).
Schéma (Avant les calculs)
Schéma des particules avant et après la réaction
Calcul(s) (l'application numérique)
On applique les lois de conservation pour vérifier l'équation :
- Vérification de A : \(2 + 3 = 5\). Côté produits : \(4 + 1 = 5\). La conservation est respectée.
- Vérification de Z : \(1 + 1 = 2\). Côté produits : \(2 + 0 = 2\). La conservation est respectée.
Schéma (Après les calculs)
Représentation de l'Équation Équilibrée
Réflexions (l'interprétation du résultat)
L'équation est correctement équilibrée, ce qui confirme que la transformation décrite est physiquement plausible selon les lois de la physique nucléaire. Elle représente la fusion d'un total de 5 nucléons et 2 protons pour former un nouvel arrangement de ces mêmes particules.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
L'erreur la plus commune est d'inverser le nombre de masse (A) et le numéro atomique (Z). Rappelez-vous : A (en haut) est "Approximativement la masse", Z (en bas) est la "Charge". Une autre erreur est d'oublier le neutron, qui n'a pas de charge (Z=0) mais qui a une masse (A=1).
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
Pour toute réaction nucléaire, il faut impérativement :
- Identifier tous les réactifs et produits.
- Écrire leurs symboles \(^A_ZX\).
- Vérifier que la somme des A d'un côté est égale à la somme des A de l'autre.
- Vérifier que la somme des Z d'un côté est égale à la somme des Z de l'autre.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Cette réaction D-T est au cœur du projet international ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) en construction en France. L'objectif est de démontrer la faisabilité scientifique et technologique de la production d'énergie par fusion, en confinant un plasma à plus de 150 millions de degrés Celsius !
FAQ (pour lever les doutes)
Les réactions nucléaires, comme leur nom l'indique, ne concernent que les noyaux des atomes. Les électrons qui orbitent autour ne participent pas à la transformation et sont donc omis de l'équation pour plus de clarté. On ne s'intéresse qu'aux protons et aux neutrons.Pourquoi ne parle-t-on pas des électrons ?
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Une autre réaction de fusion possible est celle entre deux noyaux de Deutérium (\(^2_1H\)), qui peut produire un noyau d'Hélium-3 (\(^3_2He\)) et une autre particule. Quelle est cette particule ? Écrivez l'équation complète.
Question 2 : Calculer la masse totale des réactifs.
Principe (le concept physique)
Avant la réaction, les particules possèdent une masse intrinsèque. La masse totale du système "avant réaction" est la somme arithmétique des masses de chaque réactif pris individuellement.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
En physique nucléaire, les masses sont extrêmement faibles. Utiliser le kilogramme serait peu pratique (ex: \(10^{-27}\) kg). On utilise donc l'unité de masse atomique (u), définie comme 1/12 de la masse d'un atome de carbone-12. C'est une unité beaucoup plus adaptée à l'échelle atomique qui simplifie les calculs.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Lors de l'addition de masses nucléaires, la précision est capitale. La différence de masse que nous chercherons plus tard est infime. Il est donc crucial de conserver toutes les décimales fournies dans l'énoncé pour ne pas fausser le résultat final de l'énergie libérée.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Formule de la masse des réactifs
Hypothèses (le cadre du calcul)
On considère les masses des noyaux nus, telles que données dans le tableau. On fait l'hypothèse que ces valeurs sont exactes et mesurées dans un référentiel au repos.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
| Paramètre | Symbole | Valeur |
|---|---|---|
| Masse du Deutérium | \(m(^2_1H)\) | 2,013553 u |
| Masse du Tritium | \(m(^3_1H)\) | 3,015500 u |
Astuces (Pour aller plus vite)
Pour une simple addition, l'astuce principale est d'utiliser la fonction "copier-coller" pour éviter les erreurs de transcription des chiffres depuis l'énoncé vers votre calculatrice.
Schéma (Avant les calculs)
Addition des Masses des Réactifs
Calcul(s) (l'application numérique)
Calcul de la masse totale des réactifs
Schéma (Après les calculs)
Résultat de la Masse des Réactifs
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Cette valeur de 5,029053 u représente la masse totale du système juste avant que la fusion ne se produise. C'est notre point de départ pour le bilan de masse de la réaction.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
L'erreur la plus fréquente est une faute de frappe en recopiant les données. Vérifiez toujours deux fois les valeurs que vous utilisez. Assurez-vous également de n'additionner que les masses des réactifs (les particules à gauche de la flèche de réaction).
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
La masse totale avant une réaction nucléaire est la somme des masses de chaque particule initiale. La précision des données est essentielle.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Le Deutérium est relativement abondant sur Terre, on en trouve environ 1 atome pour 6420 atomes d'hydrogène dans l'eau de mer. Il pourrait alimenter l'humanité en énergie pendant des millions d'années. Le Tritium, lui, est extrêmement rare et doit être produit, souvent à partir du Lithium.
FAQ (pour lever les doutes)
Non, et c'est un point crucial. La masse d'un noyau est toujours légèrement *inférieure* à la somme des masses de ses constituants séparés. Cette différence est le "défaut de masse" du noyau lui-même, qui correspond à son énergie de liaison.Est-ce que la masse d'un noyau est égale à la somme des masses de ses protons et neutrons ?
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Calculez la masse totale des réactifs pour la réaction Deutérium-Deutérium (\(^2_1H + ^2_1H\)).
Question 3 : Calculer la masse totale des produits.
Principe (le concept physique)
Après la réaction, de nouvelles particules sont formées. La masse totale du système "après réaction" est la somme arithmétique des masses de chaque produit créé.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Les particules produites (ici, un noyau d'Hélium et un neutron) sont plus stables que les particules initiales. Cette plus grande stabilité se traduit par une énergie de liaison par nucléon plus élevée, et donc, comme nous le verrons, par une masse totale légèrement plus faible. C'est le secret de la libération d'énergie.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Comme pour les réactifs, la rigueur est de mise. Chaque particule compte. N'oubliez pas le neutron ! Il n'a pas de charge, mais il a bien une masse qui doit être incluse dans le calcul final.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Formule de la masse des produits
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que les masses des produits sont celles mesurées lorsque les particules sont stables et au repos, loin de toute interaction.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
| Paramètre | Symbole | Valeur |
|---|---|---|
| Masse de l'Hélium | \(m(^4_2He)\) | 4,001506 u |
| Masse du neutron | \(m(^1_0n)\) | 1,008665 u |
Astuces (Pour aller plus vite)
Vérifiez l'ordre de grandeur. La masse totale des produits doit être très proche, mais légèrement inférieure, à celle des réactifs. Si vous trouvez une grande différence, vous avez probablement oublié une particule ou fait une erreur de calcul.
Schéma (Avant les calculs)
Addition des Masses des Produits
Calcul(s) (l'application numérique)
Calcul de la masse totale des produits
Schéma (Après les calculs)
Résultat de la Masse des Produits
Réflexions (l'interprétation du résultat)
La masse totale après réaction est de 5,010171 u. En comparant ce chiffre à la masse des réactifs (5,029053 u), on constate que la masse a diminué. C'est la confirmation que de la masse a "disparu" au cours de la réaction.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
Assurez-vous de bien identifier tous les produits de la réaction. Ici, il est facile d'oublier le neutron, qui est une particule à part entière avec sa propre masse. Ne vous fiez pas seulement au noyau principal formé.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
La masse totale après une réaction nucléaire est la somme des masses de chaque particule finale. La comparaison avec la masse initiale des réactifs est l'étape suivante cruciale.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Le noyau d'Hélium-4 (aussi appelé particule alpha) est un noyau extraordinairement stable. Sa grande stabilité explique pourquoi il est un produit si commun dans de nombreuses réactions nucléaires, y compris la radioactivité alpha et de nombreuses réactions de fusion.
FAQ (pour lever les doutes)
Non, pas toujours. Dans la fusion D-T, oui. Mais d'autres réactions de fusion peuvent produire un proton, comme la fusion Deutérium-Deutérium qui peut donner du Tritium et un proton. Il faut toujours se référer à l'équation de la réaction spécifique.Le neutron est-il toujours un produit ?
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Dans la réaction \(^2_1H + ^2_1H \rightarrow ^3_1H + ^1_1p\), calculez la masse totale des produits, sachant que la masse du proton (\(^1_1p\)) est de 1,007276 u.
Question 4 : Déterminer le défaut de masse (\(\Delta m\)).
Principe (le concept physique)
Le défaut de masse est la manifestation directe de la conversion de la masse en énergie. Il quantifie la masse "perdue" lors de la réorganisation des nucléons en un état plus stable.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Ce défaut de masse est directement lié à l'énergie de liaison des noyaux. Les produits de la fusion (comme l'Hélium-4) sont des noyaux très fortement liés (très stables). Pour atteindre cet état de grande stabilité, le système doit évacuer de l'énergie, ce qu'il fait en convertissant une partie de sa masse. Plus le défaut de masse est important, plus la réaction libère d'énergie.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
C'est le moment de vérité où l'on voit si de la masse a été perdue. Le calcul est simple, mais son interprétation est profonde. Une réponse positive signifie que la nature a trouvé un arrangement plus "efficace" pour les nucléons, libérant l'excédent de masse sous forme d'énergie.
Normes (la référence réglementaire)
Le calcul du défaut de masse et son utilisation dans la formule d'Einstein sont des piliers de la physique nucléaire standard, enseignés et utilisés universellement. Les unités (u, kg) et leurs conversions sont standardisées par le Système International (SI).
Formule(s) (l'outil mathématique)
Formule du défaut de masse
Formule de conversion des unités
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que la conversion de masse en énergie est totale et qu'aucune autre interaction ne vient perturber ce bilan de masse.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
| Paramètre | Symbole | Valeur |
|---|---|---|
| Masse des réactifs | \(m_{\text{réactifs}}\) | 5,029053 u |
| Masse des produits | \(m_{\text{produits}}\) | 5,010171 u |
| Facteur de conversion | - | \(1,66054 \times 10^{-27}\) kg/u |
Astuces (Pour aller plus vite)
Gardez le défaut de masse en 'u' avec toutes ses décimales pour l'étape suivante. Si vous devez utiliser la conversion en kg, ne l'arrondissez pas trop tôt pour maintenir la précision du calcul d'énergie final.
Schéma (Avant les calculs)
Bilan de Masse Conceptuel
Calcul(s) (l'application numérique)
Étape 1 : Calcul en unité de masse atomique (u)
Étape 2 : Conversion en kilogrammes (kg)
Schéma (Après les calculs)
Visualisation du Défaut de Masse
Réflexions (l'interprétation du résultat)
La masse perdue, \(3,13 \times 10^{-29}\) kg, semble incroyablement petite. C'est moins que la masse d'un seul atome ! Pourtant, comme nous le verrons, le facteur \(c^2\) dans l'équation d'Einstein va amplifier cette perte minuscule pour la transformer en une quantité d'énergie significative à l'échelle atomique.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
La principale erreur est d'inverser la soustraction (\(m_{\text{produits}} - m_{\text{réactifs}}\)), ce qui donnerait un défaut de masse négatif et une énergie négative, absurde pour une réaction qui en libère. Toujours : (Masse Avant) - (Masse Après).
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
Le défaut de masse \(\Delta m\) est la clé de la libération d'énergie nucléaire. Il se calcule toujours par \(m_{\text{réactifs}} - m_{\text{produits}}\) et doit être converti en kg (unité du Système International) avant de calculer l'énergie.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
La courbe d'Aston représente l'énergie de liaison par nucléon en fonction du nombre de masse A. Les noyaux légers (comme H) et lourds (comme U) ont une énergie de liaison plus faible que les noyaux de taille moyenne (comme le Fer). La fusion assemble des noyaux légers pour "monter" sur la courbe vers plus de stabilité, tandis que la fission casse des noyaux lourds pour faire de même.
FAQ (pour lever les doutes)
Oui. Si la masse des produits est supérieure à celle des réactifs, le défaut de masse est négatif. Cela signifie que la réaction n'est pas spontanée et qu'elle nécessite un apport d'énergie pour se produire. On parle de réaction endoénergétique.Le défaut de masse peut-il être négatif ?
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Calculez le défaut de masse en 'u' pour la réaction \(^2_1H + ^2_1H \rightarrow ^3_1H + ^1_1p\) (utilisez les données des questions précédentes).
Question 5 : Calculer l'énergie (\(E\)) libérée.
Principe (le concept physique)
C'est l'application directe du principe d'équivalence masse-énergie d'Einstein : la masse "perdue" (\(\Delta m\)) n'a pas vraiment disparu, elle s'est transformée en une autre forme de l'univers, l'énergie.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Le facteur \(c^2\) (\( \approx 9 \times 10^{16} \text{ m}^2/\text{s}^2\)) est un gigantesque "taux de change" entre la masse et l'énergie. Il explique pourquoi les réactions nucléaires sont des millions de fois plus énergétiques que les réactions chimiques (qui ne réarrangent que des électrons et ne changent quasiment pas la masse).
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
C'est l'aboutissement de notre exercice. Chaque étape précédente a été construite pour arriver à ce calcul final. Soyez méticuleux avec les unités et les puissances de 10. Le résultat que vous obtiendrez, bien que petit en Joules, est énorme pour une seule réaction atomique.
Normes (la référence réglementaire)
Les unités d'énergie, le Joule (J) et l'électronvolt (eV), ainsi que leurs multiples (kJ, MeV, etc.), sont définies par le Système International d'unités (SI). L'utilisation du MeV est une convention de facto en physique nucléaire pour sa commodité.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Formule d'équivalence masse-énergie
Formule de conversion en Mégaélectronvolts
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que toute la masse perdue est convertie en énergie cinétique des produits. En réalité, une infime partie peut être émise sous forme de rayonnement, mais cette contribution est négligeable ici.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
| Paramètre | Symbole | Valeur |
|---|---|---|
| Défaut de masse | \(\Delta m\) | \(3,13534 \times 10^{-29}\) kg |
| Vitesse de la lumière | \(c\) | \(2,99792 \times 10^8\) m/s |
| Facteur de conversion | - | \(1,60218 \times 10^{-13}\) J/MeV |
Astuces (Pour aller plus vite)
Pour éviter les longs calculs, les physiciens nucléaires utilisent souvent la relation directe : 1 u = 931,5 MeV/c². L'énergie peut alors être calculée directement à partir du défaut de masse en u : \(E = \Delta m_{\text{u}} \times 931,5 \text{ MeV}\). Essayez : \(0,018882 \times 931,5 \approx 17,587\) MeV. Le résultat est identique !
Schéma (Avant les calculs)
Conversion de la Masse en Énergie
Calcul(s) (l'application numérique)
Étape 1 : Calcul en Joules (J)
Étape 2 : Conversion en Mégaélectronvolts (MeV)
Schéma (Après les calculs)
Schéma de la Libération d'Énergie Cinétique
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Une énergie de \(10^{-12}\) Joules est infime à notre échelle. Cependant, elle est libérée par seulement deux noyaux. Un seul gramme de combustible contient des milliards de milliards de noyaux. En additionnant l'énergie de toutes ces réactions, on obtient une quantité d'énergie gigantesque, équivalente à la combustion de plusieurs tonnes de pétrole.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
L'erreur la plus critique est d'oublier de mettre la vitesse de la lumière au carré. Une autre erreur fréquente est de se tromper dans les puissances de 10 lors des conversions d'unités (u vers kg, J vers MeV). Utilisez votre calculatrice avec précaution.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
L'énergie nucléaire se calcule en deux étapes : 1. Trouver le défaut de masse en kg (\(\Delta m = m_{avant} - m_{après}\)). 2. Appliquer \(E = \Delta m \cdot c^2\). Le résultat en Joules peut ensuite être converti en MeV pour être comparé aux valeurs usuelles en physique nucléaire.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Dans un réacteur à fusion, 80% de l'énergie (environ 14.1 MeV) est emportée par le neutron. N'ayant pas de charge électrique, il n'est pas confiné par les champs magnétiques et va percuter les parois du réacteur, les chauffant. C'est cette chaleur qui sera utilisée pour produire de la vapeur et faire tourner une turbine pour générer de l'électricité.
FAQ (pour lever les doutes)
C'est dû à la conservation de la quantité de mouvement. Comme le neutron est beaucoup plus léger que le noyau d'Hélium (environ 4 fois moins massif), pour que la quantité de mouvement totale reste nulle, il doit être éjecté avec une vitesse beaucoup plus grande, et donc une énergie cinétique (\(1/2 mv^2\)) plus importante.Pourquoi le neutron emporte-t-il beaucoup plus d'énergie que le noyau d'Hélium ?
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer (pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Une réaction de fission de l'Uranium-25 libère environ 200 MeV. Combien de réactions de fusion D-T faut-il pour libérer autant d'énergie qu'une seule fission d'Uranium ? (Arrondir à l'entier le plus proche).
Outil Interactif : Simulateur d'Énergie de Fusion
Utilisez le simulateur ci-dessous pour voir comment l'énergie totale libérée change en fonction de la quantité de matière fusionnée. Observez l'échelle immense de l'énergie produite, même avec une petite quantité de combustible.
Paramètres d'Entrée
Résultats Clés
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Qu'est-ce que le "défaut de masse" dans une réaction nucléaire ?
2. Quelle particule est éjectée avec le noyau d'Hélium lors de la fusion D-T ?
3. Selon \(E=mc^2\), si on double le défaut de masse, l'énergie libérée est...
4. Quelle est l'ordre de grandeur de l'énergie libérée par UNE réaction de fusion D-T ?
5. Pourquoi la fusion nucléaire est-elle considérée comme une source d'énergie prometteuse ?
- Deutérium (\(^2_1H\))
- Un isotope stable de l'hydrogène dont le noyau contient un proton et un neutron. On le trouve naturellement dans l'eau de mer.
- Défaut de Masse
- La différence entre la masse totale des nucléons séparés et la masse du noyau qu'ils forment. Dans une réaction, c'est la différence de masse entre réactifs et produits, convertie en énergie.
- Fusion Nucléaire
- Un processus où deux noyaux atomiques légers s'unissent pour former un noyau plus lourd, libérant une très grande quantité d'énergie.
- Mégaélectronvolt (MeV)
- Une unité d'énergie couramment utilisée en physique nucléaire. 1 MeV équivaut à un million d'électronvolts, soit environ \(1,602 \times 10^{-13}\) Joules.
- Tritium (\(^3_1H\))
- Un isotope radioactif de l'hydrogène dont le noyau contient un proton et deux neutrons. Il est rare à l'état naturel et doit être produit artificiellement.
- Unité de masse atomique (u)
- Une unité de masse standard utilisée pour les particules atomiques et subatomiques. Elle est définie comme un douzième de la masse d'un atome de carbone 12.
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