EXERCICE : Contrôler la fusion nucléaire

EXERCICE : Contrôler la fusion nucléaire
Le 28 juin 2005, le site de Cadarache (dans les Bouches du Rhône – dép 13) a été
retenu pour l’implantation du projet international de fusion nucléaire « ITER ».
La fusion de 2 noyaux légers en un noyau plus lourd est un processus qui libère de
l’énergie. C’est le cas lors de la formation d’un noyau « d’Hélium 4 » à partir de la
réaction entre le Deutérium et le Tritium. On récupère une quantité d’énergie de
quelques mégaélectronvolts (MeV), suivant la réaction :
2
1H
Deutérium
+
3
1H
Tritium

4
2He
+
1
0n
Actuellement, certains problèmes se posent si l’on cherche à récupérer cette
énergie :
- 1er problème : pour initier la réaction, les noyaux doivent avoir la possibilité de
s’approcher l’un de l’autre à moins de 10 -14 m. Cela leur impose de vaincre leur
répulsion entre eux. Pour ce faire, on porte la matière à une température de plus de
100 millions de degrés.
- 2ème problème : à la fin de la vie du réacteur de fusion, les matériaux constituant la
structure du réacteur seront radioactifs. Toutefois, le choix d’éléments de structure
conduisant à des produits radioactifs à temps de décroissance rapide permet de
minimiser les quantités de déchets radioactifs. 100 ans après l’arrêt définitif du
réacteur, la totalité des matériaux peut être considérée comme des déchets de très
faible activité.
D’après le livre « Le monde subatomique » de Luc Valentin et le site internet du CEA.
Données
Unités de masse : 1 u = 1,6605.10 -27 kg
Masse de quelques particules : proton : mp = 1,0073 u
deutérium : md = 2,0136 u
particule  : m = 4,0015 u
Célérité de la lumière dans le vide :
Unité d’énergie :
Constante d’avogadro :
neutron : mn = 1,0087 u
tritium : mt = 3,0155 u
c = 2,9979.108 m.s -1
1 MeV = 1,6022.10 -13 J
NA = 6,02.10 23 mol -1
Numéro atomique Z : H (Z = 1) ; He (Z = 2) ; Li (Z = 3) ; Be (Z = 4) ; B (Z = 5)
I (Z = 53) ; Xe (Z = 54) ; Cs (Z = 55) ; Ba (Z = 56)
Exercice
– Contrôler la fusion nucléaire -
Page 1
L’un des combustibles nécessaire à la fusion, le Tritium, est fabriqué sur site, à partir d’un
élément X non radioactif suivant la réaction :
A
ZX
+
1
0n

4
2He
+
3
1H
1. Donner le symbole de X en précisant les règles de conservation. Donner la composition de X.
2. Considérant la réaction de fusion donnée dans le texte de Luc Valentin, déterminer l’énergie
libérée par cette réaction (en J et en MeV).
3.De la masse a été « perdue » au cours cette réaction de fusion nucléaire. Qu’est-elle
devenue ?
4. Quelle est la plus grosse difficulté relevée par l’auteur pour réaliser une fusion nucléaire ?
5. L’auteur parle de « vaincre la répulsion » entre les noyaux pour qu’ils fusionnent. Quelle
interaction fondamentale s’agit-il de vaincre ?
On trouve le Deutérium en abondance dans l’eau de mer. On assimile la masse d’un atome de
Deutérium à la masse de son noyau.
6. Déterminer l’énergie libérée par une masse de m = 1,0 kg de Deutérium
(masse molaire du deutérium : Md = 2,0 g.mol -1)
Luc Valentin parle également de produits radioactifs présents dans le réacteur de fusion, et
dont le temps de décroissance est rapide. En effet, les radionucléides créés ont une activité A
qui diminue assez rapidement dans le temps à l’échelle humaine. La demi-vie d’un radionucléide,
notée t1/2 , est le temps au bout duquel son activité a diminué de moitié.
En prenant le cas d’un échantillon contenant l’isotope 134 du césium
radionucléide vaut t1/2 = 2 ans.
55Cs,
la demi-vie de ce
7. L’isotope 134 du césium étant radioactif  -, écrire son équation de désintégration.
8. En supposant que cet échantillon ait aujourd’hui une activité égale à A 0 = 2.108 Bq, quelle
serait son activité au bout de 4 ans, 8 ans, et 30 ans ?
Exercice
– Contrôler la fusion nucléaire -
Page 2