Fiche de révision : Origine et transformations nucléaires

📋 Plan du Cours

1. Formation des éléments chimiques
2. Fusion et fission nucléaires
3. Décroissance radioactive et datation
4. Transformer le mercure en or
5. Production et coût de l’or
6. Datation au carbone 14

📖 1. Formation des éléments chimiques

📝 Points essentiels

• L’Univers a commencé à se former il y a 13,8 milliards d’années, dans un état extrêmement chaud ; environ une seconde après le Big Bang, sa température était de l’ordre de $10^{10}\ \mathrm{K}$ et il contenait notamment des protons, des neutrons et des électrons.

• La nucléosynthèse primordiale a formé les noyaux de :

  • hydrogène
  • deutérium
  • tritium
  • hélium
  • lithium
  • béryllium

• La nucléosynthèse stellaire forme par fusion, au cœur des étoiles, les éléments chimiques jusqu’au numéro atomique $Z\leq 26$ et libère de l’énergie.

💡 Astuce mémo

Big Bang → nucléosynthèse primordiale → étoiles → explosions

📖 2. Fusion et fission nucléaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Fusion nucléaire : Assemblage de deux noyaux légers en un noyau plus lourd, avec libération d’énergie.
• Fission nucléaire : Division d’un noyau lourd en deux noyaux plus légers sous l’action d’un flux de neutrons ou de protons, avec libération d’énergie.

💡 Astuce mémo

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

📖 3. Décroissance radioactive et datation

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie : Temps nécessaire pour qu’un noyau ou un élément radioactif perde la moitié de ses noyaux.

📝 Points essentiels

📐 Formule - Après $n$ demi-vies, le nombre de noyaux restants est $N=\frac{N_0}{2^n}$, où $N_0$ est le nombre initial de noyaux.

• L’isotope carbone 14, $^{14}_{6}\mathrm{C}$, sert à dater des objets âgés de moins de 50 000 ans, comme des tombeaux ou des ossements.

📖 4. Transformer le mercure en or

📝 Points essentiels

📌 Le mercure (Z = 80) est plus proche de l’or (Z = 79) que le plomb (Z = 82) : il faut retirer un proton au mercure contre trois au plomb pour atteindre le numéro atomique de l’or.

💡 Astuce mémo

Le mercure est à un proton de l’or ; le plomb en est à trois.

📖 5. Production et coût de l’or

📝 Points essentiels

• Le coût de production d’un gramme d’or par transformation du plomb se chiffrerait en centaines de millions d’euros, bien au-delà du prix de marché.

• À Oak Ridge, des neutrons bombardent une cible de mercure pour produire des protons très énergétiques, dont les collisions avec les noyaux de mercure peuvent finalement transformer un ou deux atomes de mercure en or.

• La masse d’or obtenue par bombardement de neutrons est proportionnelle à la durée du bombardement.

💡 Astuce mémo

Bombardement de neutrons → traces d’or, mais rendement infime.

📖 6. Datation au carbone 14

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie : La demi-vie d’un noyau radioactif est la durée au bout de laquelle la moitié des atomes de carbone 14 d’un échantillon macroscopique a disparu.

📝 Points essentiels

• Le carbone 14 est présent en proportion constante dans l’atmosphère, et les êtres vivants contiennent du ¹⁴C dans la même proportion grâce aux échanges de dioxyde de carbone avec l’atmosphère.

• Après la mort, un être vivant cesse d’absorber du dioxyde de carbone, tandis que le carbone 14 déjà présent continue à se désintégrer.

• La demi-vie du carbone 14 est de 5 730 ans.