Centrale nucléaire ; période radioactive, gestion des déchets : bac L - ES  2014


Document 1.
"Une centrale électrique est une usine qui produit de l’énergie électrique. Il en existe plusieurs sortes : des centrales thermiques à combustibles fossiles, les centrales thermiques à combustibles nucléaires, les centrales hydrauliques.... Toutes sont basées sur le même principe : faire tourner une turbine couplée à un alternateur qui fabrique de l’électricité.
La différence de fonctionnement se situe au niveau de la production d’énergie mécanique lors de l’entraînement de la turbine. Dans les centrales hydrauliques, l’eau des barrages actionne la turbine. Dans les centrales thermiques classiques, un combustible fossile est brûlé pour transformer de l’eau en vapeur, produisant de l’énergie thermique pour entraîner la turbine. Dans les centrales thermiques nucléaires, les noyaux d’uranium remplacent le combustible fossile. En se scindant, ces gros noyaux libèrent de l’énergie nucléaire, qui sera utilisée pour produire de la vapeur d’eau laquelle peut activer la turbine."
Source : D’après le site du Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie_nucleaire
Document 2.
On appelle période radioactive (ou demi-vie) la durée au bout de laquelle la moitié d’une population de noyaux radioactifs s’est désintégrée.

Document 3 : période radioactive de quelques déchets radioactifs.
cobalt 60 : 5,2 ans ; tritium : 12,2 ans ; césium 137 : 30 ans ; américium 241: 432 ans ; radium 226 : 1600 ans ; plutonium 239 : 24 110 ans ; neptunium 237 : 2 140 000 ans. Source : d’après www.science.gouv
Citer les trois différentes ressources énergétiques nommées dans le document 1.
Les combustibles fossiles ; les combustibles nucléaires ( uranium ) ; les chutes d'eau ( hydraulique ).
Préciser parmi ces trois ressources, quelles sont celles qui sont non renouvelables ?
Les chutes d'eau ( hydrauliques) sont renouvelables.
Compléter la chaîne énergétique ci-dessous qui correspond à celle d’une centrale thermique à combustible nucléaire.

Dans les centrales nucléaires, les déchets produits contiennent de nombreux noyaux radioactifs : césium, strontium, …De tels noyaux se désintègrent plus ou moins rapidement au cours du temps.
Sachant que le noyau atomique de strontium est composé de 38 protons et 52 neutrons, écrire sur votre copie la représentation correcte de ce noyau parmi les 4 propositions ci-dessous : 9052Sr , 9038Sr , 5238Sr ,3852 Sr.
Le nombre de protons est écrit en bas à gauche ; le nombre de nucléons, protons et neutrons ( 38+52= 90) est écrit en haut à gauche : 9038Sr.
Déterminer graphiquement la période radioactive du strontium.( 30 ans )  voir ci-dessus.
Expliquer en quoi la gestion des déchets radioactifs peut poser problème.
Un élément radioactif devient inoffensif  ( la radioactivité a pratiquement disparu ) au bout de 10 périodes. Certains déchets, à période longue ) devront être stockés et surveillés pendant des millénaires. Ce stockage s'effectue dans des sites souterrains étanches et géologiquement très stables.



Document 1 : les applications de la radioactivité, quels déchets ?
Toute activité humaine produit des déchets. L'utilisation des propriétés de la radioactivité dans de nombreux secteurs engendre chaque année des déchets radioactifs. Ces déchets émettent de la radioactivité et présentent des risques pour l'homme et l'environnement. Ces déchets proviennent pour l'essentiel des centrales nucléaires, des usines de traitement des combustibles usés ainsi que des autres installations nucléaires civiles et militaires qui se sont développées au cours des dernières décennies. On compte également plus de 1000 petits producteurs qui contribuent aussi, à un degré moindre, à la production de déchets radioactifs : laboratoires de recherche, hôpitaux, industries... Les déchets radioactifs sont variés. Leurs caractéristiques diffèrent d'un déchet à l'autre : nature physique et chimique, niveau et type de radioactivité, durée de vie (ou période radioactive) … En France, les déchets radioactifs sont classés en fonction de leur mode de gestion :

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Document 2 : iode et radioactivité
Un accident nucléaire peut s'accompagner de la formation d'iode 131 (noté13153I), radioactif. Il provient de la réaction de fission de l’uranium 235 (noté 23592U) indiquée ci-dessous :
23592U +10n ---> 13153I +9039Y +610n.
Cet iode radioactif pénètre dans le sang par les voies respiratoires, par la peau ou par l'absorption d'aliments contaminés. En effet, la glande thyroïde, un organe régulateur très important dans notre organisme, accumule indifféremment l'iode radioactif ou l'iode ordinaire (noté12753I) jusqu'à saturation. L'irradiation prolongée de cet organe augmente donc le risque de cancer et d'autres affections de la thyroïde. Ce sont les foetus, les bébés, les jeunes enfants qui courent le plus grand risque.
Prendre des comprimés d’iode ordinaire en cas d’accident nucléaire permet d’empêcher le corps d'accumuler de l'iode radioactif. De la même façon qu'une éponge gorgée d'eau claire n'absorbe pas d'eau polluée, la glande thyroïde saturée d'iode ordinaire n'accumule pas d'iode radioactif. Les particules radioactives sont alors tout simplement éliminées par l'urine et les selles.

Document 3 : activité et période radioactive
L’activité massique, notée A, d’un échantillon de matière radioactive est définie par le nombre de désintégrations par seconde et par gramme ; elle se mesure en becquerel par gramme (Bq/g).
Certains éléments fortement radioactifs ont une activité massique de l’ordre de plusieurs milliards de milliards de becquerels par gramme. D'autres ont une faible activité massique, de l’ordre de quelques dizaines de becquerels par gramme. Les éléments radioactifs sont appelés radionucléides.
On appelle période radioactive le temps au bout duquel la moitié de la quantité d'un même radionucléide aura naturellement disparu par désintégration ; l’activité est donc divisée par deux au bout d'une période radioactive.
Données : activités massiques de quelques éléments présents dans les déchets d’une centrale nucléaire. D’après http://www.andra.fr
Radioélément Période Activité massique (Bq/g)
Iode 131 8 jours 4,6 millions de milliards
Césium 137 ..... 3200 milliards
Plutonium 239 24 000 ans 2,3 milliards
Uranium 235 704 millions d'années 8000
En France, la classification des déchets radioactifs repose sur deux paramètres. En utilisant le document 1, identifier ces deux paramètres.
La durée de vie ( période radioactive ) et l'activité massique.
En utilisant les documents, expliquer comment, en France, on gère les déchets radioactifs tels que l’uranium 235.
La période de l'uranium 235 est supérieure à 31 ans et son activité massique est faible : un stockage de faible profondeur est à l'étude.
Dans une centrale nucléaire, sous le choc d’un neutron, un noyau d’uranium 235 (23592U ) peut se casser en un noyau de césium 140 (14055Cs) et un noyau de rubidium 93 (9337Rb). Il se forme aussi 3 neutrons selon la réaction : 23592U +10n--->4055Cs +9337Rb +310n.
Cette réaction est : ( cocher la bonne réponse)
Une raction de combustion ; une réaction de fission ; un changement d'état ; une réaction de fusion.
On s’intéresse maintenant au césium 137 (13755Cs) qui est aussi un des produits formés lors de la fission de l’uranium 235.
On veut déterminer la période radioactive du césium 137.


Dans le cas du césium 137, déterminer l’activité massique restante à l’échelle d’une vie humaine. En déduire le problème environnemental posé.
A l'échelle d'une vie humaine ( 60 ans = 2 périodes du césium 137 ) :
au bout de 30 ans l'activité massique est divisée par deux soit 1600 milliards de Bq/g ; au bout de deux périodes, l'activité massique est divisée par 4 : 800  milliards de Bq/g.
Certains déchets contenant du césium 137 devront être stockés et surveillés pendant plusieurs siècles. Ce stockage s'effectue dans des sites souterrains étanches et géologiquement très stables.
Comme indiqué dans le document 2, l’iode radioactif 131 provient de la réaction de fission de l’uranium 235.
Il existe à la fois l’iode 127 ( 12753I) non radioactif et l’iode 131 ( ( 13153I) radioactif.
Ces noyaux ont le même numéro atomique. Nommer de tels noyaux.
Ce sont des isotopes.
Connaissant le numéro atomique de l’uranium et celui de l’yttrium, expliquer comment on peut retrouver le numéro atomique de l’iode à partir de l’équation du document 2.
23592U +10n ---> 13153I +9039Y +610n.
Conservation de la charge : 92 = 53 + 39.






  

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