Cuestionario: Introduction à la fission nucléaire — 11 preguntas

1. Quel événement historique a été interprété en 1939 comme la mise en évidence de la fission nucléaire ?

A. La découverte du facteur de multiplication neutronique

B. Les résultats de Hahn et Strassmann sur Ba et Kr

C. La mise en service du réacteur Zoé en France

D. La première réaction en chaîne contrôlée du projet Manhattan

Answer: (B)

Explicación

Hahn et Strassmann ont observé en 1938 des produits de réaction compatibles avec une séparation du noyau, puis Meitner et Frisch les ont interprétés en 1939 comme une fission nucléaire. Les autres propositions relèvent d’événements ultérieurs ou d’un autre domaine.

2. Quelle est la principale définition de la fission nucléaire ?

A. La séparation d’un noyau léger en deux noyaux plus lourds, accompagnée d’émissions γ et neutroniques.

B. La séparation d’un noyau lourd en deux noyaux plus légers, généralement équilibrés en masse, accompagnée de libération d’énergie et de radioactivité.

C. La fusion de deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd avec libération d’énergie.

D. L’absorption d’un neutron par un noyau, suivie de son émission immédiate.

Answer: (B)

Explicación

La fission nucléaire consiste en la division d’un noyau lourd en deux fragments plus légers de masses comparables, avec émission d’énergie et de radioactivité, ce qui la distingue d’autres processus nucléaires.

3. Quelle description correspond le mieux à la fission nucléaire ?

A. La transformation d’un noyau par capture d’un neutron suivie d’une émission bêta moins

B. La conversion directe d’un neutron en proton sans modification du noyau

C. La séparation d’un noyau lourd en deux fragments plus légers de masses comparables

D. La fusion de deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd

Answer: (C)

Explicación

La fission nucléaire est définie comme la rupture d’un noyau lourd en deux fragments de masses comparables, souvent avec dégagement d’énergie. La capture suivie d’une émission β− décrit plutôt une transmutation par neutrons.

4. En quelle année Otto Hahn et Fritz Strassmann ont-ils observé pour la première fois des produits de réaction liés à la fission nucléaire du uranium ?

A. 1938

B. 1942

C. 1939

D. 1934

Answer: (A)

Explicación

Hahn et Strassmann ont observé ces produits en 1938, ce qui a marqué la première identification expérimentale de la fission nucléaire du uranium.

5. Pourquoi la condition Q>0 ne suffit-elle pas à garantir la fission spontanée ?

A. Parce qu’un neutron incident est toujours nécessaire

B. Parce qu’une barrière de fission doit encore être franchie

C. Parce que la fission n’est possible que pour les noyaux légers

D. Parce que l’énergie de surface disparaît dès que Q est positif

Answer: (B)

Explicación

Même si la réaction est globalement exothermique, la barrière de fission impose un obstacle énergétique qui peut empêcher la séparation du noyau. La présence d’un Q positif ne supprime donc pas cette résistance.

6. Quelle est la principale fonction du modèle de la goutte liquide dans l'interprétation de la fission nucléaire ?

A. Décrire la compétition entre l'énergie de surface et la répulsion coulombienne lors de la fission

B. Expliquer comment la charge électrique influence la fragmentation du noyau

C. Prédire la distribution des fragments de fission en fonction de leur masse

D. Calculer la vitesse des fragments issus de la fission

Answer: (A)

Explicación

Le modèle de la goutte liquide explique la fission comme une compétition entre l'énergie de surface qui tend à maintenir le noyau uni et la répulsion coulombienne qui favorise sa division, en prenant en compte l'énergie d'excitation nécessaire pour la déformation. Il ne sert pas principalement à prédire la vitesse ou la distribution précise des fragments.

7. Quel mécanisme permet à la fission spontanée de se produire malgré la barrière énergétique ?

A. La stabilisation par l’énergie d’appariement positive

B. La capture d’un neutron qui apporte toute l’énergie nécessaire

C. L’émission immédiate d’un neutron thermique

D. Le franchissement de la barrière par effet tunnel

Answer: (D)

Explicación

La fission spontanée peut se produire par effet tunnel, ce qui permet au noyau de franchir une barrière sans apport classique d’énergie suffisante. La capture d’un neutron concerne au contraire la fission induite.

8. À quelle période a été établie la première réaction en chaîne contrôlée avec l’uranium 238, marquant une étape clé dans le développement de la fission nucléaire ?

A. 1938, après l’observation des produits de réaction par Hahn et Strassmann

B. 1948, avec la mise en service du premier réacteur français Zoé

C. 1942, dans le cadre du projet Manhattan

D. 1934, lorsque Fermi a identifié la transmutation par neutrons

Answer: (C)

Explicación

La première réaction en chaîne contrôlée avec 238U a été réalisée en 1942 dans le cadre du projet Manhattan, une étape cruciale dans l'histoire de la fission nucléaire.

9. En quoi la notion d'énergie libérée par fission diffère-t-elle de l'énergie récupérée dans le contexte d'un réacteur nucléaire ?

A. L'énergie libérée est une estimation théorique basée sur la masse des fragments, alors que l'énergie récupérée est mesurée directement en fonctionnement.

B. L'énergie libérée est la quantité total produite lors de la réaction, tandis que l'énergie récupérée correspond à celle effectivement exploitée pour produire de l'électricité.

C. L'énergie libérée concerne la quantité d'énergie depositée dans le matériau fissile, tandis que l'énergie récupérée correspond à l'énergie transférée à la turbine.

D. L'énergie libérée se réfère uniquement à l'énergie immédiate, alors que l'énergie récupérée inclut aussi les neutrons retardés.

Answer: (B)

Explicación

L'énergie libérée mesure la quantité totale d'énergie produite lors de la fission, tandis que l'énergie récupérée désigne la partie de cette énergie qui est effectivement convertie en électricité dans le réacteur. La différence principale réside dans la conversion et la disponibilité de cette énergie.

10. Qui est crédité pour avoir introduit la notion de fission nucléaire suite aux observations expérimentales sur la réponse du noyau d’uranium en 1939?

A. Otto Hahn et Fritz Strassmann

B. Lise Meitner et Otto Frisch

C. Frédéric Joliot

D. Enrico Fermi

Answer: (B)

Explicación

Otto Hahn et Fritz Strassmann sont crédités pour avoir observé pour la première fois des produits de réaction liés à la fission nucléaire en 1938, ce qui a conduit à l'introduction du terme 'fission nucléaire' par Meitner et Frisch en 1939.

11. Quels sont les effets de la criticité sur le fonctionnement et la sécurité d'un réacteur nucléaire ?

A. Une criticité faible (k<1) provoque une amplification du flux de neutrons, ce qui nécessite l'arrêt immédiat du réacteur.

B. Une criticité élevée favorise une divergence rapide du flux de neutrons, ce qui peut mener à une explosion nucléaire si elle n'est pas contrôlée.

C. Une criticité n'a aucune influence sur la stabilité ou la sécurité d'un réacteur, elle concerne uniquement la quantité d'énergie produite.

D. Une criticité stable (k=1) garantit que le flux de neutrons reste constant, assurant ainsi une puissance de fonctionnement contrôlée.

Answer: (D)

Explicación

La criticité détermine si le réacteur maintient, dépasse ou décroît en flux neutronique, influant directement sur sa stabilité et sa sécurité. Un k=1 assure une réaction contrôlée, tandis qu'un k>1 peut entraîner une explosion si non maîtrisé.