Energie

[invite6b7c581e]

Bonsoir,

On souhaite construire une centrale de production d'énergie. On hésite entre une centrale thermique classique et une centrale nucléaire. Pour savoir ce qui marche le mieux, on fait quelques petits calculs de production d'energie par les transformations suivantes :
a- combustion complete de fuel, assimilable à un hydrocarbure saturé à 16 atomes de carbone ;
b- combustion complete de charbon, composé uniquement de carbone ;
c- fission nucléaire d'uranium 235, produisant du strontium 94, du xénon 139 et des neutrons ;
d- fusion nucléaire de deutérium et de tritium, donnant de l'hélium 4 et un neutron.

Questions:
1- Pour chaque transformation envisagée, écrire son équation et déterminer l'énergie libérée par la réaction, en kilojoule par kilogramme de combustible utilisé. Conclure.

2- On choisit la fission et on construit une centrale qui produit 900 MW électrique et consomme chaque année 27 tonnes d'uranium enrichi à 3.7% en masse d'uranium 235. Déterminer son rendement.

On me donne aussi aussi des masses de noyaux et des énergies de dissociation de liaisons covalentes.

Pouvez-vous m'aider svp. Je ne comprends pas. Merci.
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[invitec6a258a7]

Salut.

L'équation d'une énergie est donnée par E=mc².
Où c est la célérité (ou vitesse) de la lumière égale à 3.10⁸m.s^-1.
Tu peux directement appliquer ceci pour tes 2 premières transformations où m sera égale à la masse molaire du noyau de chaque élément.

Pour tes 2 autres transformations, étant donné qu'il s'agit de fusion et de fission, l'énergie des liaisons va être mises en jeu, car des liaisons vont se former, ou se détruire.
Dans ce cas, tu calcules l'énergie libérée par l'atome plus ou moins l'énergie de liaison si il s'agit d'une fusion ou d'une fission.

[invite8d75205f]

Bonsoir,

La relation E=mc2 n'est à utiliser que pour les questions b) et c) après avoir calculé les différences de masses des noyaux initiaux et produits.
Pour les questions a) et b), il faut calculer les différences des nrj de liaison entre les réactifs et les produits.

cordialement

[KLOUG]

Bonsoir

Un petit rectificatif Nico

Bonsoir,
La relation E=mc2 n'est à utiliser que pour les questions b) et c) après avoir calculé les différences de masses des noyaux initiaux et produits.
Pour les questions a) et b), il faut calculer les différences des nrj de liaison entre les réactifs et les produits.
cordialement

La relation E=mc2 n'est à utiliser que pour les questions c) et d) après avoir calculé les différences de masses des noyaux initiaux et produits.

Je trouve la proposition c) réductrice mais ce n'est qu'un exercice me direz-vous. Ce n'est pas une critique, mais plutôt une remarque pour vous dire que ce processus (de fission) ne donne pas sytématiquement les produits indiqués.

c) fission nucléaire d'uranium 235, produisant du strontium 94, du xénon 139 et des neutrons ;
Cela peut produire d'autres produits de fission (pas que ceux-là) et des transuraniens

Du coup choisir la proposition c) dans la question 2 relève plus de ce que l'on sait faire actuellement plutôt que de la production en énergie.
Il me semble qu'il existe un facteur de l'ordre de 160 entre la fusion et la fission (énergie dégagée par la fusion à masse égale est plus importante). Mais j'ai peut-être les neurones qui flanchent ?

Donc Nico2009 a donné la marche à suivre pour calculer les énergies libérées.

Bonne continuation
KLOUG

[A voir en vidéo sur Futura]

[pepejy]

bonsoir,

et bonsoir particulier à Kloug

je ne peux être que d'accord avec Kloug, surtout que le xénon n'est pas vraiment recherché comme produit de fission, car il a une section efficace de capture des neutrons très importante, on parle d'ailleur d'empoisonnement Xénon.

Quand à la différence énergétique, la fusion libère 28 MeV par réaction et la fission environ 200 MeV. ce qui ramené au nombre de nucléons, fait environ 7 Mev/nucleon pour la fusion et 0,85 MeV/nucléon pour la fission. Rapporté à une masse égale de combustible, ça fait à peu prés un facteur 60 pour la fusion.

Voilà

[invite6b7c581e]

Bonsoir,

Merci pour vos réponses, pour la c- j'ai trouvé une énergie libérée de 2.88x10^-11 Kilojoule par kilogramme de combustible utilisé.

Mais pour la question 2-, je ne vois pas comment faire. Pouvez-vous m'aider svp ? Merci.

[KLOUG]

Bonjour

Si je reprends la valeur que t'as donné Pepejy (que je salue ici), la fission d'un atome d'uranium 235 dégage une énergie de 200 MeV soit environ 3,2.10^-11 Joule !
Faison l'extrapolation à une mole d'atomes d'uranium 235.
Il y a 6,03.10²³ atomes dans 235 grammes d'uranium 235. Imaginons qu'ils fissionnent.
Cela correspond à une énergie libérée de :
6,03.10²³ x 3,2.10^-11 = 1,93.10¹³ Joules

Il doit y avoir un petit problème dans ton calcul.


Quelques éléments pour aller plus loin
900 MW électriques correspondent grosso modo à 3000 MW thermiques.
1 W = 1 J x 1 s = 1 J.s
3000 MW = 3.10⁹ J.s

La fission de l'uranium ne se réalise pas en une seconde car le combustible reste entre 3 et 4,5 ans dans un réacteur.

A bientôt
KLOUG