Fiche de révision : Origine de la matière et réactions nucléaires

📋 Plan du Cours

1. Chronologie de la formation des éléments
2. Nucléosynthèse primordiale et stellaire
3. Constitution et notation des atomes
4. Isotopes et nombre de neutrons
5. Transformations nucléaires
6. Fusion et fission nucléaires

📖 1. Chronologie de la formation des éléments

★ À maîtriser

• La nucléosynthèse primordiale forme des noyaux de :
  • deutérium
  • tritium
  • hélium
  • lithium

Compléments

• À 0 s, le Big Bang correspond à une soupe de particules comprenant des électrons, des quarks et des photons.

• À 1 μs, la soupe de particules comprend des protons, des neutrons et de l’hydrogène.

• Des atomes présents sont :

  • hydrogène
  • hélium
  • lithium

• À 10⁹ ans, les étoiles et les galaxies se sont formées et des atomes jusqu’au fer sont présents.

• Les supernovae sont des explosions d’étoiles associées à la formation d’autres atomes ; l’Univers contient aujourd’hui 94 éléments.

📖 2. Nucléosynthèse primordiale et stellaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléosynthèse : Processus de formation d’éléments chimiques par des réactions nucléaires.

★ À maîtriser

• Les noyaux des éléments chimiques stables résultent de réactions nucléaires qui se produisent au sein des étoiles à partir de l’hydrogène initial.

• 🔄 La nucléosynthèse stellaire suit cette progression (Hans Albrecht Bethe, 1939) : l’hydrogène fusionne pour former de l’hélium, l’hélium devient combustible et se transforme en carbone, le processus forme ensuite du néon, de l’oxygène et du silicium, jusqu’au fer

• La nucléosynthèse primordiale produit notamment l’hydrogène, l’élément le plus léger, dont le noyau comporte un seul proton.

Compléments

• Les éléments lourds sont moins susceptibles d’être présents en grande quantité dans l’Univers, car ils se forment plus tard que des éléments légers comme l’hydrogène ou l’hélium.

💡 Astuce mémo

Fusion au cœur des étoiles → formation progressive de noyaux plus lourds.

📖 3. Constitution et notation des atomes

🔑 Notions clés & Définitions

• Numéro atomique : Noté Z, correspond au nombre de protons du noyau.
• Nombre de masse : Noté A, correspond au nombre total de nucléons, c’est-à-dire de protons et de neutrons.

📝 Points essentiels

• Un atome de béryllium 9, noté ⁹₄Be, possède 4 protons et 9 nucléons.

• Un atome est constitué d’un noyau contenant des protons et des neutrons, autour duquel se trouvent des électrons.

📖 4. Isotopes et nombre de neutrons

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotopes : Noyaux d’un même élément qui ont le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents.

📝 Points essentiels

• Les noyaux ⁹₄Be et ¹⁰₄Be sont des isotopes du béryllium.

💡 Astuce mémo

Même Z pour un même élément ; A diffère entre isotopes.

📖 5. Transformations nucléaires

★ À maîtriser

• Lors d’une transformation nucléaire, un ou plusieurs noyaux se transforment en de nouveaux noyaux, les éléments chimiques ne sont pas conservés et un rayonnement gamma peut être émis.

Compléments

📌 Une transformation nucléaire modifie les noyaux et peut donc conduire à de nouveaux éléments chimiques, contrairement à une transformation où les noyaux ne changent pas.

📖 6. Fusion et fission nucléaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Fission nucléaire : Fragmentation d’un noyau lourd en deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron.
• Fusion nucléaire : Assemblage de noyaux d’atomes pour former des noyaux plus lourds ; elle se produit au cœur du Soleil et dégage une grande quantité d’énergie.

📝 Points essentiels

• Les réactions ³₂He + ⁴₂He → ⁷₄Be, ⁷₄Be + ¹₁H → ⁸₅B et ¹²₆C + ¹₁H → ¹³₇N sont des exemples de fusion nucléaire.

• La réaction ¹₀n + ²³⁵₉₂U → ¹³⁹₅₆Ba + ⁹⁴₃₆Kr + 3 × ¹₀n est un exemple de fission nucléaire.

• Une réaction de fission peut produire plusieurs fragments différents, ce qui permet plusieurs équations de fission.

💡 Astuce mémo

La fusion assemble des noyaux légers ; la fission fragmente un noyau lourd.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison de la fusion et de la fission