Production d'énergie dans une centrale électrique

Une centrale nucléaire est une usine qui produit de l'électricité à partir d'un combustible nucléaire.
Elle transforme l'énergie libérée par la fission d'un combustible en énergie mécanique, puis en énergie électrique. L'énergie produite assure le fonctionnement d'un alternateur qui crée un courant électrique.
Le combustible utilisé dans les centrales nucléaires est l'uranium, un métal relativement abondant dans l'écorce terrestre. L'uranium naturel est constitué de trois isotopes de l'uranium; seul l'uranium 235 est fissile.
1. Étude des noyaux d'uranium 235 et 238
L'uranium naturel est constitué de 0,7 % d'uranium 235 et de 99,3 % d'uranium 238.
On donne l'énergie de liaison par nucléon de deux des noyaux d'uranium.
El/A (uranium 235) = 7,59 MeV/nucléon;
El/A (uranium 238) = 7,30 MeV/nucléon.
1.1. Donner la composition des deux noyaux d'uranium 235 et 238.
1.2. Donner la représentation symbolique de ces deux noyaux.
1.3. Quel est l'ordre de grandeur de la masse molaire de l'uranium? Justifier sans calcul.
1.4. Définir l'énergie de liaison El d'un noyau. Quelle relation lie l'énergie de liaison à la masse des différents constituants du noyau?
1.5. Rappeler la définition de l'énergie de liaison par nucléon El/A.
1.6. De ces deux noyaux d'uranium, quel est celui qui est le plus stable? Justifier.
2. Étude de la fission de l'uranium 235
La fission de l'uranium 235 dégage une grande quantité d'énergie. Sous l'impact d'un neutron lent, le noyau d'uranium se brise et libère deux ou trois neutrons, entraînant ainsi une réaction en chaîne. Les noyaux fils qui se forment sont nombreux.
Lors de la fission du noyau d'uranium, il se forme par exemple de l'iode 139 et un isotope de l'yttrium.
On donne les masses des isotopes qui se forment :
2.1. Donner les lois de conservations vérifiées lors d'une réaction nucléaire.
2.2. Écrire l'équation de la réaction nucléaire en appliquant ces lois.
2.3. Déterminer la perte de masse, en u, lors de cette réaction.
2.4. Expliquer en quelques phrases pourquoi cette réaction doit être «contrôlée ».
2.5. Déterminer, en MeV, l'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium 235.
2.6. En déduire l'énergie, exprimée en MeV, libérée par 1 g d'uranium 235.
2.7. En pratique, on utilise de l'uranium enrichi, c'est-à-dire un mélange d'uranium contenant environ 3% d'uranium 235. Quelle est la masse minimale d'uranium enrichi consommée par jour dans une centrale de 1 000 MW?.