Exercice 5A
Enoncé :
La réaction de fusion entre un noyau de deutérium 21H et un noyau de tritium 31H conduit au noyau d’hélium 42He et à une particule X.
a. Ecrire l’équation de cette réaction nucléaire et identifier X.
b. Calculer en MeV, l’énergie libérée par cette réaction, à partir des énergies de liaison par nucléon du tableau suivant :
noyaux E (MeV/nucléon)
Solution :
a. La réaction de fusion nucléaire s'écrit : 21H + 31H —› 42He + 10n
. . . La particule X est un neutron.
b. L'énergie de liaison d'un noyau est égale à l'énergie libérée lors de sa formation à partir des nucléons pris séparément.
Pour connaître l'énergie de liaison d'un noyau, il suffit de multiplier l'énergie de liaison par nucléon par le nombre de nucléons du noyau :
. . . Soit E1 , l'énergie de liaison de noyau d'hélium 4He
. . . . . . A.N. : . . . E1 = 4 . 7,074 = 28,296 MeV
. . . Soit E2 , l'énergie de liaison de noyau d'hydrogène 2H
. . . . . . A.N. : . . . E2 = 2 . 1,183 = 2,366 MeV
. . . Soit E3 , l'énergie de liaison de noyau d'hydrogène 3H
. . . . . . A.N. : . . . E3 = 3 . 2,825 = 8,475 MeV
La réaction de fusion peut être décomposée en 2 étapes : la décomposition des 2 noyaux d'hydrogène en nucléons séparés , puis la formation du noyau d'hélium à partir de ces nucléons :
. . . c'est-à-dire : 21H + 31H —› 2 11p + 3 10n —› 42He + 10n
L'énergie libérée pour la première étape est : - (E2 + E3)
L'énergie libérée pour la deuxième étape est : + E1
L'énergie libérée par la réaction de fusion est donc : Elibérée = + E1 - (E2 + E3)
. . . A.N. : . . . Elibérée = 28,296 - (2,366 + 8,475) = 17,455 MeV
Sur le site du CEA, voici un intéressant dossier concernant la fusion nucléaire.