Mécanisme de fusion de l'hydrogène dans une étoile : bac STL 2011.

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La fusion de deux noyaux d’hydrogène (ou protons) produit un noyau de deutérium qui capture un autre proton et forme un noyau d’hélium 3… Finalement, deux noyaux d’hélium 3 fusionnent en un noyau d’hélium 4… L’ensemble de ces réactions constitue la première de ces chaînes proton-proton la plus importante dans le cas du Soleil… » D’après un article du dossier hors-série de la revue « Pour la science » de janvier 2001 On se propose, dans cet exercice, d’étudier ces réactions de fusion. Etude de la chaîne de réactions. Pour les noyaux concernés, on utilise les notations suivantes : Hydrogène (ou proton) : 11H ; deutérium : 21H ; hélium 3 : 32He ; Hélium 4 : 42He Donner une définition des mots « fusion » et « fission » nucléaire. La fission est une réaction nucléaire provoquée au cours de laquelle un noyau lourd "fissible" donne naissance à deux noyaux plus légers. La réaction se fait avec perte de masse et dégagement d'énergie.  La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle deux noyaux légers s'unissent pour former un noyau plus lourd. La réaction se fait avec perte de masse et dégagement d'énergie.  La fusion de deux noyaux d’hydrogène donne naissance à un noyau de deutérium et une particule. Ecrire l’équation de cette réaction de fusion. Préciser les lois de conservation utilisées. Comment s’appelle la particule émise ? 11H  + 11H  ---> 21H  + AZX Conservation de la charge : 1+1 = 1+Z d'où Z = 1. Conservation du nombre de nucléons : 1 + 1 = 2 +A d'où A = 0. 11H  + 11H  = 21H  + 01e . La particule émise est un positon. Ecrire la réaction de fusion d’un noyau de deutérium et d’un proton en un noyau d’hélium 3 sachant que cette fusion s’accompagne de l’émission d’un photon. 21H + 11H --->32He + 00g. Le noyau d’hélium créé dans la réaction précédente subit une réaction de fusion. A l’aide du texte introductif, recopier et compléter l’équation de la réaction suivante : 32He + 32He   ---> 42He + 2 11H. Aspect énergétique. La réaction bilan de ces réactions de fusion est donnée par : 4 11H ---> 42He + 2 01e + 2  00g. On donne les masses des noyaux, en unité de masse atomique : m(11H) =1,0073 u ; m(42He) =4,0026 u ; m(01e) =5,5 10-4 u. 1 u = 1,66 10-27 kg ; 1 MeV = 1,60 10-13 J ; c = 3,0 108 m/s. Exprimer puis calculer la perte de masse correspondant à cette fusion en unité de masse atomique u puis en kg. Dm = 2m(01e) + m(42He) - 4m(11H). Dm = 2*5,5 10-4 + 4,0026 - 4*1,0073 = 0,0011+ 4,0026-4,0292= -0,0255 u -0,0255*1,66 10-27 = -4,233 10-29 kg ~ -4,23 10-29 kg. Vérifier que la valeur de l’énergie libérée lors de cette fusion est de 23,8 MeV. Détailler vos calculs. E = Dm c2 =-4,233 10-29 *(3,0 108)2 = -3,81 10-12 J. -3,81 10-12 / 1,60 10-13 = -23,8 MeV. Le signe négatif signifie que le système libère de l'énergie dans le milieu extérieur. .

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