L'accident  de Tchhernobyl, 30 ans plus tard, Bts M�tiers de la chimie 2017.

En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicit�s adapt�es � vos centres d’int�r�ts.


.
.

......



.....

Lorsque le 26 avril 1986, le r�acteur n�4 de la centrale de Tchernobyl en Ukraine explose, l'humanit� conna�t alors la plus grave catastrophe nucl�aire civile jamais enregistr�e dans le monde.
Une explosion et un incendie se produisent. Dans le coeur, les crayons de combustible se fragmentent. Surchauff�s, ils explosent et provoquent une d�flagration qui soul�ve la dalle sup�rieure du r�acteur, d'une masse de 2000 tonnes. La partie sup�rieure du coeur du r�acteur est � l'air libre. Une seconde explosion, due probablement � du dihydrog�ne, se produit alors : le graphite prend feu. Trente foyers s'allument. Il faudra trois heures aux pompiers pour les �teindre. En l'absence d'enceinte de confinement, les d�bris radioactifs du coeur du r�acteur (iode 131, c�sium 134 et 137, ruth�nium 103 et 106), dont certains sont tr�s volatils, sont lib�r�s
dans l'environnement.
L'accident majeur de Tchernobyl vient d'avoir lieu : il est de niveau sept sur l'�chelle INES (International Nuclear Event Scale) qui en compte... sept.
Dans ce probl�me, on se propose d’analyser l’impact sur l’environnement 30 ans plus tard de deux � d�bris � radioactifs produits lors de la catastrophe de Tchernobyl.
1. Au coeur du r�acteur.
Dans une centrale nucl�aire � neutrons lents, le combustible est l’uranium enrichi ; il contient 3% d’uranium 235 fissile et 97% d’uranium 238 non fissile.
1.1. Donner la composition des noyaux 23592 U et 23892U.
23592 U : 92 protons et 235-92 = 143 neutrons.
 23892U : 92 protons et 238-92 = 146 neutrons.
1.2. Quelle relation lie ces noyaux ? Justifier.
Ces noyaux ne diff�rent que par leurs nombres de neutrons : ils sont isotopes.

2. Impact de l’iode 131.
Lors de l’impact d’un neutron sur un noyau d’uranium 235, plusieurs r�actions de fission sont possibles. La plus fr�quente conduit � des noyaux de zirconium 95 et de tellure 138 ainsi qu’� un nombre k de neutrons.
2.1. Ecrire l’�quation de la r�action de fission. D�terminer la valeur de k et le num�ro atomique du tellure. Justifier.
23592 U +01n ---> 9540 Zr + 138Z Te +k 01n.
Conservation de la charge : 92 = 40 +Z ; Z = 52.
Conservation du nombre de nucl�ons : 235 +1 = 95 +138 +k ; k =2.
2.2. Expliquer pourquoi la r�action de fission peut � s’emballer �.
La r�action produit plus ne neutrons qu'elle n'en consomme.
2.3. Calculer, en MeV, l’�nergie E1 lib�r�e par cette r�action nucl�aire.
Variation de masse |Dm| =m(23592 U) -m(9540 Zr)-m(13852 Te) - m(01n).
|Dm| =235,043 -(94,8860 +137,901 +1,00866)=1,24734 u.
soit 1,24734 x 1,06605 10-27 =1,32973 10-27 kg.
Valeur absolue de l'�nergie lib�r�e : |Dm| c2 = 1,32973 10-27 x (2,998 108)2 ~1,1952 10-10 J.
2.4. Calculer, en joules, l’�nergie E2 lib�r�e par la fission de 1,000 g d’uranium 235 puis par l’accident de Tchernobyl en consid�rant que la masse d’uranium 235 pr�sente dans le r�acteur �tait de 200 kg.
Masse  d'un noyau d'uranium 235 : 235,043 x 1,6605 10-27 = 3,9029 10-25 kg = 3,9029 10-22 g.
E2 = 1,1952 10-10 / (3,9029 10-22) = 3,062 1011 J.
Energie lib�r�e par l'accident : 3,062 1011 x200 103 =6,125 1016 J.
2.5. En s’appuyant sur les donn�es et les informations fournies, comparer cette �nergie � celle qui a �t� lib�r�e lors de la catastrophe d’Hiroshima. ( Explosion, �quivalente � celle de 15 000 tonnes de TNTsoit 15 000 x4,6 1012 =6,9 1016 J) .
Les �nergies lib�r�es lors d'Hiroshima et de Tchernobyl sont du m�me ordre de grandeur.

L’iode 131 est un des d�chets radioactifs rejet�s lors de l’accident nucl�aire.
2.6. Ecrire l’�quation de la d�sint�gration �- d’un noyau d’iode 131.
13153I ---> 13154Xe +0-1e
2.7. Au cours du temps, on a d�termin� le nombre moyen N de noyaux d’iode 131. On note N0 le nombre moyen de noyaux pr�sents � l’�tat initial. Ecrire la loi de d�croissance radioactive en pr�cisant la signification des diff�rents termes.
N = N0 exp(-lt).
l : constante radioactive en s-1; t : temps en s.

2.8. A l’aide du graphe et de la loi de d�croissance radioactive, montrer que la constante radioactive de l’iode 131 vaut
l = 1,0 10-6 s-1. Expliquer la d�marche suivie.

Le coefficient directeur de cette droite est �gale � l.
0,60 /(3600 x160) =1,0 10-6 s-1.
2.9. Apr�s avoir d�fini le temps de demi-vie t1/2 de l’iode 131, d�terminer sa valeur.
Le temps de demi-vie est la dur�e au bout de laquelle l'activit� initiale est divis�e par deux.
l t� = ln 2 ; t� = ln 2 / (1,0 10-6 )=6,93 105 s ( ~192 heures )
Lors de l’accident de Tchernobyl, une grande quantit� de noyaux radioactifs sont rejet�s dans l’atmosph�re ; parmi eux on trouve l’iode 131. Un nuage radioactif se forme. Il fera le tour de la Terre.
2.10. Lors de l’explosion, on estime que le nombre de noyaux �mis est N = 4,1 1026 noyaux.
Calculer l’activit� A0 lors de l’explosion.
A0 = l N = 1,0 10-6 x4,1 1026 = 4,1 1020 Bq.
2.11. Calculer l’activit� A de l’iode dans l’atmosph�re 30 ans plus tard.
2.12. Commenter cette valeur.
A = A0 exp(-lt) = 4,1 1020 exp(-1,0 10-6 x30 x365 x24 x3600) =5,4 10-391 ~0.
2.13. Les sols de Tchernobyl sont-ils, de nos jours, contamin�s par l’iode 131. Justifier la r�ponse.
30 ans = 30 x365 x 24 =262 800 heures soit environ 262 800 / 192 ~1370 p�riodes r�dioactives.
L'activit� de l'iode 131 est quasiment nulle au bout de 30 ans. Les sols, l'atmosph�re  ne sont plus contamin�s par l'iode 131.

...

.

....

 3. Impact du c�sium 137
Le c�sium 137 est �galement un �metteur �- de demi-vie t1/2 = 30,1 ans. La contamination des sols � la suite de l’explosion est principalement due � ce radionucl�ide. Selon le comit� scientifique des Nations Unies pour l’�tude des effets des rayonnements atomiques (UNSCEAR),
une surface d’aire S = 10 000 km2 de territoire de l’Ex-Union Sovi�tique a �t� contamin�e en 1986 avec du c�sium 137 produisant une radioactivit� surfacique de 555 kBq.m-2. Ces territoires sont appel�s zones de contr�le sp�cial.
3.1. Calculer le nombre de noyaux de c�sium 137 correspondant � une activit� de 555 kBq.
l = ln 2 / t�  = ln 2 / ( 30,1 x365 x24 x3600 ) = 7,30 10-10 s-1.
N = A / l = 555 103 / ( 7,30 10-10 ) = 7,60 1014 noyaux.
3.2. Si on suppose que la d�croissance radioactive est la seule cause de d�contamination et qu’il n’y a pas de nouvel apport de c�sium 137, d�terminer la date � laquelle la radioactivit� surfacique des territoires contamin�s atteindra 37 kBq.m-2, limite inf�rieure de
contamination selon l’UNSCEAR ?
A = A0 exp(-lt) ; -ln(A /A0 ) = l t.
l = ln (2) / 30,1 = 2,30 10-2 an-1.
-ln(A /A0 ) = - ln(37 / 555) = 2,708
t =2,708 / (2,30 10-2) ~118 ans.
Date : 1986 + 118 = 2104.
 


.


  

menu