TPE sur la fusion : Réaction D-T et masse atomique du tritium!

[inviteca91c546]

Bonjours!
Je passe en Terminal et je prépare un TPE sur la fusion... dans ma première partie sur le présentation de la fusion, j'énumère les différentes réaction et réactifs utilisé pour la fusion et je m'attarde sur la réaction deutérium-tritium (²D + ³T --> ⁴ He + neutron énergétique) car c'est celle qui semble la plus utilisée... mais j'ai deux questions! Pourquoi est-ce cette réaction qui est la plus utilisée? Et qu'est ce qu'un neutron énergétique? Est-ce les 17.6 MeV libèré lors de le réaction, qui sont sous la forme d'un neutron? (voir ci-dessous)
Il semble (d'apès mes recherche) que cette réaction libère 17.6 MeV, or il faut que je recalcul cette valeur! Pour ce faire, j'ai calculer la différence de masse entre le deutérium "théorique" (addition de m_p +m_n ) et sa véritable masse... J'ai fait de même pour l'hélium, mais il me manque la masse atomique u du tritium pour finir se calcul! Serait-t-il possible que quelqu'un me donne cette valeur?
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[invite8c514936]

Si tu vas voir ici , tu trouveras pour tous les isotopes de tous les éléments les "mass excess" (qui est en fait un défaut de masse ici mais bon...). Pour avoir la masse, tu prends A fois l'unité de masse atomique en MeV (A étant le nombre total de nucléons dans le noyau) et tu retranches ce "mass excess" (donné en MeV aussi). Je viens de faire l'exercice pour la réaction qui t'intéresse et on trouve bien le nombre que tu cherches...

[invitebb921944]

Pour avoir la masse, tu prends A fois l'unité de masse atomique en MeV

Pourquoi ?
Ne peut-il pas écrire :
dm=Z*mp+(A-Z)*mn-m(Tritium)
m(Tritium)=Z*mp+(A-Z)*mn-dm

dm = défaut de masse

[invite8c514936]

Alors non, il y a une subtilité de vocabulaire ici. On appelle défaut ou excès de masse la différence entre la masse du noyau et A fois celle de l'unité de masse atomique (pour mémoire, m_u = M(Carbone)/12)

Dm = A m_u - M

Ce dont tu parles toi, c'est l'énergie de liaison, l'énergie qu'il faut fournir pour dissocier le noyau en ses nucléons isolés

E_l = (A-Z) m_n + Z m_p - M

On peut relier les deux et écrire

E_l = Dm - A m_u + (A-Z) m_n + Z m_p

Tu vois que ces deux définitions diffèrent d'un terme qui dépend de A et Z... Selon ce qui nous intéresse, l'une ou l'autre est plus utile. Par exemple, si on veut étudier la stabilité d'isotopes isobares (même A), il vaut mieux comparer les Dm.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebb921944]

El = (A-Z) mn + Z mp - M

Euh personnellement j'ai appris que (A-Z) mn + Z mp - M était le Défaut de masse et je suis certain de çà et que
El=(défaut de masse).c²
D'ailleurs El = (A-Z) mn + Z mp - M est nécessairement faux car il faut multiplier une masse par c² pour obtenir de l'énergie (E=mc²)

[invite8c514936]

pour le facteur c² qui manque, oui je ne l'ai pas mis (c'est assez standard comme convention de ne pas le mettre mais en toute rigueur tu as raison).

Quant à la différence entre défaut de masse et énergie de liaison, il faut vraiment se méfier des abus de langage, et au moins se rendre compte qu'il y a deux quantités différentes. Quand tu cherches dans les tables des défauts de masse et qu'on te donne des énergies de liaison, ça peut t'induire en erreur de façon importante. Je dis ça parce que ça m'est arrivé récemment, je voulais montrer qu'un isotope du Cuivre pouvait se désintégrer par beta+ aussi bien que par beta-, et en comparant son énergie de liaison avec celle de ses produits potentiels, j'avais l'impression qu'une seule de ces désintégrations était énergétiquement possible. En fait, en regardant les défauts de masse (ce qu'il faut faire dans ce cas-là) ça marche et on voit que les deux cas sont possibles.

Ceci dit, que tu aies appris que l'énergie de liaison soit la même chose que le défaut de masse est symptomatique d'un certain flou sur la question. Il faut savoir de quoi on parle et être conscient qu'il y a deux quantités qui ne donnent pas la même information physique. ce n'est pas forcément bien explicite même dans les tables...

[inviteca91c546]

Merci bcp...

Et en ce qui concerne les 2 autre questions?
C'est 17.6 MeV (moi je trouve 17.4 MeV mais bon, c'est les arrondis!) c'est bien le neutron énergétique?
Car moi quand je calcule la différence de masse entre les "composants d'un atome" (c-a-d les nombre de proton, neutron, muliplier par leur nombre) et la masse "réel" de l'atome, et en cmovertisant cette masse en énergie, je trouve sa:

° La quantité 2.2 MeV est l'énergie de cohésion du deutéron, c’est-à-dire que pour que le noyau de deutérium se « sépare » en un neutron et un proton, il faudra lui fournir une énergie de 2.2 MeV.

° La quantité 8.0 MeV est l'énergie de cohésion du tritium, c’est-à-dire que pour que le noyau de deutérium se « sépare » en 2 neutrons et un proton, il faudra lui fournir une énergie de 8.0 MeV.

° La quantité 27.4 MeV est l'énergie de cohésion de l’hélium, c’est-à-dire que lorsqu’un noyau d’héluim se « forme » à partir de 2 protons et de 2 neutrons, 27.4 MeV seront libérés.

J'en conclue que:

27.4 MeV sont libéré par la réaction de formation de l’hélium, mais pour que la réaction puisse avoir lieu, il faut 2.2 MeV pour la séparation du deutérium et 8.0 MeV pour la séparation du tritium. Il reste donc 27.4 – (2.2 + 8.0) = 17.2 MeV

La quantité 17.2 MeV est l’énergie libérée lors de la réaction
2D + 3T --> 4He + neutron énergétique
et est contenue dans le neutron énergétique.

C'est juste ou c'est un raisonnement érroné?

Mais ma grosse question reste : Pourquoi est-ce que dans tous les expériences qui tendent à une application (c'est a dire pour l'ITER ect...) est-ce réation avec le Deutérium-Tritium qui est choisie?

Merci d'avance....

NB: Pour le tritium, sa masse atomique c'est bien 3,01605u?

[invite8c514936]

Si je prends les données du lien fourni plus haut, je trouve 17.589 MeV. Tu as donc en effet un petit problème d'arrondi.

Quant au choix T+D, il me semble que c'est parce que ces noyaux ont une énergie de liaison particulièrement faible. Si tu prends des noyaux plus lourds, tu gagnes moins.
Et l'énergie à fournir pour initier la réaction est plus faible pour des Z petits.

[inviteca91c546]

Merci pour cette réponse rapide!
Je suis d'accord avec toi pour le faite que plus Z est petit, plus leur énergie de cohésion par nucléon sera faible (enfin, jusqu'a Z=56, le FER, après c'est décroissant a nouveau!).. mais pourquoi alors du deutérium et du tritium et pas plutot de l'hydrogène (NRJ de cohésion encore plus faible!)

Surtout que comme réaction on a:

²D + ³T --> ⁴He + n qui libère 17.6 MeV

²D + ²D --> ⁴He + n qui libère 3.3 MeV

²D + ²D --> ³T + p qui libère 4 MeV

²D + ³He --> ⁴He + p qui libère 18.3 MeV

Alors pourquoi ne pas prendre la dernière réaction qui libère 18.3 MeV?

Je ne sais absolument pas pourquoi, surtout que je dois travailler sans bouquin, étant donné que je n'en ai trouvé aucun qui traite se sujet (certainement que c'est "trop nouveau"..) Si quelq'un en conné un je suis preneur!

Merci...

[invite8c514936]

Je dirais que c'est parce que le He3 est doublement chargé. La barrière coulombienne est plus élevée, c'est plus dur d'approcher les noyaux pour qu'ils réagissent entre eux. . Tu gagnerais en énergie fournie, mais tu perdrais plus en énergie à fournir. C'est une réponse "intuitive", je n'ai pas vérifié...

[inviteca91c546]

Merci, je vais chercher dans cette voie! (car une intuition ne suffit pas dans un TPE lol )

[inviteca91c546]

il semblerai que c'est parce que le deutérium et le tritium sont moins stable que l'hydrogène! mais y'a-t-il un moyen de le prouver ou ???

[Narduccio]

il semblerai que c'est parce que le deutérium et le tritium sont moins stable que l'hydrogène! mais y'a-t-il un moyen de le prouver ou ???

Euuhh! c'est normal me semble-t-il, le deutérium et le tritium étant la forme radioactive de l'hydrogène. De plus si l'on fusionne 2 noyaux d'hydrogène cela fera un noyaux ayant 2 protons et pas de neutron. Il semblerait que la présence de neutrons soit indispensable pour stabiliser le noyau. N'ayant pas de neutrons, le noyau se désolidarise instantement en 2 atomes d'hydrogène et reprend au milieu l'énergie qu'il a besoin pour cela.

[invite8c514936]

le deutérium et le tritium étant la forme radioactive de l'hydrogène

Heu... oui pour le tritium, non pour le deuterium, c'est stable (on en détecte même dans l'Univers, datant de plusieurs milliards d'années !).

[inviteca91c546]

oui, pour le deutérium, c'est un atome pour 6000 atomes d'hydrogène et pour le tritium c'est un atome pour 10¹⁷ atomes d'hydrogène!
Mais ton explication sur les faite qu'un neutron soit indispensable me semble tout a fait fondée! On "prend" donc les élements ayant un Z le plus petit possible mais possédant un ou des neutrons... donc on utilise des isotopes de l'hydrogènes! Merci!

[Narduccio]

Heu... oui pour le tritium, non pour le deuterium, c'est stable (on en détecte même dans l'Univers, datant de plusieurs milliards d'années !).

Je vous prie de m'escuser pour cette erreur, j'ai répondu un peu vite sans vérifier et je me suis trompé. Désolé.

[inviteca91c546]

J'ai encor besion d'un petit coup de pouce! Dans les tokamaks (genre projet ITER) comme l'énergie des neutrons qui sortent du plasma est elle recueillie?

[Damon]

Pourquoi est-ce que dans tous les expériences qui tendent à une application (c'est a dire pour l'ITER ect...) est-ce réation avec le Deutérium-Tritium qui est choisie?

Tout simplement parce-que la réaction ²H+³H est plus facile à initier que la réaction ²H+²H.
D'autre part la réaction donne du ⁴He stable.
En outre le neutron excédentaire peut être réutilisé pour fabriquer du ³H

Damon

[inviteca91c546]

Voila merci beaucoup! Et pour la "récupération" de l'électricité dans les tokamaks?

[Damon]

Salut,

Assez classiquement, chaleur et turbines.

Damon

[inviteca91c546]

Mais ce que jevoula savoir précisement, c'est comment était récuilli l'énergie du neutron énergétique! Car une fois qu'il sort du tore, comme récpéré son énergie? Désolé de n'avoir pas été asssez clair!

[Narduccio]

Les neutrons énergétiques vont sortir du tore, passer dans le milieux et être ralenti dans de l'eau pour devenir des neutrons lents pouvants être captés par des matériaux neutrophages mis en place pour les piéger (uranium 238 et autres neutrophages). Pendant la phase de ralentissement, comme dans un réacteur nucléaire classique, ils echaufferont de l'eau et il suffira de passer cette eau chaude dans un échangeur de chaleur pour produire de la vapeur qui fera tourner une turbine. Une bonne partie de cette installation correspond à la partie circuit primaire et secondaire d'une centrale PWR classique. La protection de matériaux neutrophage permettra de piéger les neutrons, en fonction de sa composition, elle pourra apporter de l'énergie et servir à "brûler" les déchets nucléaires produits par les filières actuelles. Il pourra aussi éventuellement s'agir d'une barrière neutrophage basés sur de l'argent et du cadmium dont le rôle serait juste de piéger les neutrons en produisants des déchets d'activation à vie courte. Il me semble que l'usage d'uranium serait ce qu'il y a de plus efficace. Je ne suis pas sur de tout, il s'agit des souvenirs d'un article lu il y a de nombreuses années et que je n'ai pas retrouvé.

[inviteca91c546]

Merci, çà m'aigulle déja dans mes recherches... les "matériaux neutrophages" étant un terme qui m'est:était incinnu!

[Narduccio]

Les matériaux neutrophages, sont les matériaux qui captent les neutrons. Ca peut être le carbone comme dans les UNGG ou Tchernobyl (problème, ça brûle), ca peut être du bore, de xénon, de l'argent, du cadmium, du samarium ou de l'uranium. Les matériaux fissiles captent les neutrons, mais fissionnent ensuite comme l'uranium et le plutonium. Tu as remarqué que l'uranium est neutrophage et fissile, mais en fait, U₂₃₈ est neutrophage, tandis que l'U₂₃₅ est fissile. Dans le cas des autres éléments souvent il ne s'agit que de l'uns des isotopes qui est neutrophage.

[inviteca91c546]

Merci! Je vous tiens au courant!

[inviteca91c546]

Encore une petite question... pour les tokamaks, j'ai trouvé sa: http://www-fusion-magnetique.cea.fr/...rajectoire.htm
La problème réside dans ces phrases:

Malheureusement, sur une simple trajectoire circulaire de ce type, la particule subit une lente dérive transverse, liée au gradient de champ magnétique et à la force centrifuge, et dont la direction dépend du signe de sa charge. Par exemple, les ions vont dériver vers le haut (comme illustré sur le schéma ci-contre) et les électrons vers le bas.

Pourquoi la particule monte ou descend? Du fait de sa charge... Mais pourquoi?

La particule passe alors la moitié de son temps la tête en haut, où la dérive verticale, que l'on suppose vers le haut par exemple comme sur l'exemple ci-dessous, l'éloigne de la surface magnétique, et l'autre moitié la tête en bas, où la dérive verticale la rapproche de la surface magnétique. L'effet de dérive est alors en moyenne compensé.

La tête en haut? La tête en bas? Là je ne suis plus! Pourquoi l'orientation de la particule joue en rôle?

Surtout qu'après ils disent que c'est la ligne de champs qui est en hélice....

Merci d'avance!

[inviteca91c546]

UP?! Quelqu'un pourrait-il m'aider a eclairsir ce point?

[invite2c6a0bae]

http://forums.futura-sciences.com/sh...ad.php?t=11868

A ce moment la, tu choisi quel theme Jean charles ????

[inviteca91c546]

Si j'qi bien compris, tu m'a mit ce lien pour me dire que je suis hors sujet non? Dans "mon" lycee on ne doit pas suivre ces themes...

[invitebb921944]

Si dans ton lycée tu dois suivre ces thèmes, mais le truc c'est que tu peux choisir n'importe quel sujet, tu pourras toujours le classer dans un des thèmes proposés (sauf s'il ne contient ni physique, ni math, ni chimie, ni SI, ni SVT mais bon faudrait peut-être pas abuser)
Au fait pourquoi tu fais ton TPE pendant les grandes vacances ???