E.4 · Fission

Cette fiche couvre des sujets HL sélectionnés pour le cours évalué pour la première fois en 2025 ; elle ne représente pas l'intégralité du programme.

Prérequis : lire les quantités et unités indiquées, puis utiliser l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous.

Les exemples sont originaux et fictifs : ils ne correspondent ni à de vraies mesures ni à de véritables enquêtes d'étudiants.

Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?

• Un neutron peut déclencher la fission d'un noyau lourd, libérant de l'énergie et d'autres neutrons. Le fait que ce processus devienne une réaction en chaîne dépend du sort de ces neutrons.

Construire le modèle

• Dans la fission nucléaire, un noyau lourd se scinde en noyaux plus légers.
• Le nombre protonique et le nombre nucléonique sont conservés dans une équation nucléaire.
• La masse au repos totale peut diminuer ; la différence correspond à l'énergie libérée selon E = Δmc².
• fission : Scission d'un noyau lourd en noyaux plus légers.
• réaction en chaîne : Séquence au cours de laquelle les produits initient des événements ultérieurs.

Choisir des preuves capables de le tester

• Distincion entre la conservation du nombre nucléonique et la conservation de l'énergie totale.
• Les neutrons libérés peuvent initier de nouvelles fissions, s'échapper ou être absorbés.
• Un réacteur contrôlé et une réaction en chaîne non contrôlée ont des conditions différentes de gestion des neutrons.

En laboratoire : Équilibrer une équation nucléaire fournie, utiliser les données de masse spécifiées et identifier le système. Analyser des modèles ou des données de réacteurs publiés ; il ne s'agit pas d'une tentative scolaire visant à produire de la fission ou à manipuler des matériaux de réacteur.

Travailler à partir de quantités connues

• Connu : U-235 absorbe un neutron, formant Ba-141, Kr-92 et trois neutrons.
• Conservation du nombre nucléonique : 235+1 = 141+92+3 = 236.
• Conservation du nombre protonique : 92 = 56+36.
• Une perte de masse de 2.0×10⁻²⁸ kg correspond à 1.8×10⁻¹¹ J en utilisant c=3.0×10⁸ m/s.

À vous : Un noyau U-235 plus un neutron produit des fragments dont les nombres de masse sont 141 et 92. Combien de neutrons équilibrent l'équation ?

Vérifier la conclusion et ses limites

• Le nombre de masse n'est pas une masse précise en kilogrammes.
• Les étiquettes d'entiers équilibrés seules ne permettent pas de calculer l'énergie libérée.
• La désintégration radioactive et la fission induite par les neutrons ne sont pas des descriptions interchangeables.

Pas vrai : Une équation équilibrée portant uniquement sur le nombre de nucléons ne donne pas la libération d'énergie en joules. Les étiquettes entières de masse et de charge vérifient uniquement la conservation ; elles ne disent rien sur l'énergie. L'énergie libérée provient de la faible diminution de la MASSA réelle via E = mc^2, ce qui nécessite des masses mesurées, et non des nombres de masse.

Clé :

• Dans la fission nucléaire, un noyau lourd se scinde en noyaux plus légers.
• Distincion entre la conservation du nombre nucléonique et la conservation de l'énergie totale.
• Veiller à : le nombre de masse n'est pas une masse précise en kilogrammes.

Écrire à partir de 4 en équilibrant les neutrons

• Un noyau U-235 plus un neutron produit des fragments ayant les nombres de masse 137 et 95.
• Trouver combien de neutrons équilibrent le nombre de nucléons. Ce décompte n'est pas la libération d'énergie en joules.

Écrire à partir d'une vérification de conservation

• U-235 absorbe un neutron : Xe-140 + Sr-94 + deux neutrons.
• Nucléons : 236 = 140 + 94 + 2. Protons : 92 = 54 + 38. LES DEUX bilans doivent être respectés — si l'un d'eux échoue, l'équation est erronée.

Écrire à partir d'une direction du défaut de masse

• Les produits de fission sont comparés aux réactifs en termes de masse.
• Les produits pèsent MOINS : la masse manquante apparaît sous forme d'énergie via E = Δmc², car l'énergie de liaison par nucléon augmente vers le fer.