Aurélie 22/12/08
 

 

l'atome ; radioactivité d'après DTS IMRT 04

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Répondre par vrai ou faux. (une seule affirmation est vraie)

Les orbites électroniques de l'atome correspondent :

A- à des niveaux d'énergie d'autant plus bas que ces orbites sont plus proches du noyau. Vrai.

B- à des niveaux d'énergie d'autant plus haut que ces orbites sont plus proches du noyau. Faux

Les énergies de l'atome sont négatives.

C- à des niveaux équidistants les uns des autres. Faux.


Energie :

A- l'énergie de liaison d'un électron de la couche K est inférieure à l'énergie de liaison d'un électron de la couche L. Faux.

Un électron de la couche K est plus lié au noyau qu'un électron de la couche L : il faut dépenser davantage d'énergie pour l'arracher.

B- l'énergie de liaison d'un électron de la couche K est pour tous les atomes égale à -13,6 eV . Faux.

C- l'énergie d'ionisation est l'énergie qu'il faut fournir pour extraire un électron de l'atome. Vrai.

 


Le spectre d'émission d'un atome renseigne :

A- sur les valeurs énergétiques des niveaux électroniques car les longueurs d'onde des raies émises sont proportionnelles à la différence des niveaux d'énergie. Faux.

Ej-Ei = hc/l.

Plus la différence d'énergie est grande, plus la longueur d'onde est petite.

B-Certaines raies ont la même position dans le spectre pour des atomes situés dans la même colonne de la classification périodique. Vrai.


Pour que les raies K apparaissent dans le spectre des RX, il faut que l'énergie des électrons incidents soit :

A-égale ou supérieure à l'énergie de liaison des électrons de la couche K. Vrai.

B- inférieure à l'énergie de liaison des électrons de la couche K. Faux.


Le césium 137Ce noyau radioactif émet un rayonnement gamma d'énergie 0,662 MeV. Ce rayonnement provient :

A-d'un choc d'un électron très énergétique sur le noyau de césium. Faux.

B- du retour au niveau fondamental du noyau fils excité. Vrai.

C-d'une dématérialisation du noyau de césium. Faux.


Radioactivité :

Définir défaut de masse :

Défaut de masse du noyau D m : expérimentalement, on a constaté que la masse du noyau atomique est inférieure à la somme des masses des nucléons qui le constituent.

On appelle défaut de masse d'un noyau la différence entre la masse totale des A nucléons séparés ( Z protons et A-Z neutrons), au repos et la masse du noyau formé, au repos

Définir énergie de liaison d'un noyau :

Énergie de liaison du noyau : on appelle énergie de liaison notée El d'un noyau l'énergie que doit fournir le milieu extérieur pour séparer ce noyau au repos en ses nucléons libres au repos.





La courbe d'Aston donne l'énergie de liaison par nucléon en fonction du nombre de masse.

Où sont situés les noyaux stables ? Quels noyaux peuvent conduire à une réaction de fusion ? Quels noyaux peuvent conduire à une réaction de fission ?

 

La fission est une réaction nucléaire provoquée au cours de laquelle un noyau lourd "fissible" donne naissance à deux noyaux plus légers. La réaction se fait avec perte de masse et dégagement d'énergie.

 

La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle deux noyaux légers s'unissent pour former un noyau plus lourd. La réaction se fait avec perte de masse et dégagement d'énergie.

 



On considère la réaction de fission nucléaire :

23592U +10n ---> 9438Sr +14054Xe +210n.

Exprimer littéralement puis calculer l'énergie libérée lors de cette réaction.
noyau
masse
correspondances d'unités
23592U
235,043 92 u
1 u = 1,660 54 10-27 kg
9438Sr
93,915 36 u
1 eV =1,602 18 10-19 J
14054Xe
139,918 79 u
c = 2,997 92 108 m/s
10n
1,008 66 u


variation de masse |Dm| =| m(9438Sr) + m(14054Xe) + m(10n ) - m(23592U )|

|Dm| =235,043 92 -93,915 36-139,918 79-1,008 66 =0,201 11 u

0,201 11*1,660 54 10-27 =3,339 51 10-28 kg

E=|Dm|c2 =3,339 51 10-28 *(2,997 92 108)2 =3,001 39 10-11 J.


L'irridium 19278Ir est un émetteur de rayonnement gamma et bêta -.

Ecrire l'équation de la réaction nucléaire, on appellera X le noyau fils.

19278Ir ---> 19279X* + 0-1e + antineutrino.

19279X* ---> 19279X + 00gamma


Par désintégrations successives de type alpha ou bêta-, le noyau de thorium 23290Th conduit au noyau stable de plomb 20882Pb.

A partir des variations des nombres de masse et de charge, calculer les nombres respectifs de particules alpha et bêta -.

23290Th --->42He +232-490-2X

Chaque fois qu'une particule alpha est émise le nombre de masse diminue de 4 :

d'où (232-208) / 4 = 6 particules alpha.

Chaque fois qu'une particule alpha est émise le nombre de charge diminue de 2.

23290Th --->0-1e +23290+1X

Chaque fois qu'une particule bêta - est émise le nombre de charge augmente de 1.

diminution de la charge de: -2*6 = -12 du fait des 6 particules alpha.

Diminution du nombre de charge : 82-90 = -8, donc 4 particules bêta.





L'iode 12553I se désintègre par capture électonique avec émission de photons et d'électrons.

D'où provient l'électron capturé par le noyau ?

Quelle est l'origine de l'électron expulsé ?

Ecrire l'équation de la réaction nucléaire de capture électronique.

Un noyau atomique capture un électron situé sur une couche électronique interne de l'atome. Un proton se transforme alors en neutron :

11p + 0-1 e = 10n + neutrino.

Un électron d’une couche de plus haute énergie peut venir remplir cette place vacante ( par capture électronique) : il en résulte un dégagement d’énergie.

Cette énergie peut :

- Causer l’émission d’un photon X : fluorescence X

- Etre absorbée par un électron qui sera éjecté de l’atome (électron Auger)


Il existe deux isotopes de l'irridium instables : 19278Ir de période T1 = 74 j ; 19478Ir de période T2 = 18 h.

Calculer leur constante radioactive en s-1.

lT = ln2 ;  l1 = ln2 / T1 = ln2 / (74*24*3600) =1,08 10-7 s-1.

l2 = ln2 / T2 = ln2 / (18*3600) =1,07 10-5 s-1.

Quel est de ces deux isotopes, celui qui sera éliminé le plus rapidement ? Justifier.

Loi de décroissance radioactive : N1 = N01 exp(-l1t) ; N2 = N02 exp(-l2t)

ln ( N1 / N01 ) =- l1t ; ln ( N2 / N02 ) =- l2t ;

ln ( N1 / N01 ) -ln ( N2 / N02 ) =(l2 -l1) t

(l2 -l1) est positif donc ln ( N1 / N01 ) > ln ( N2 / N02 ) ;

Le logarithme est une fonction croissante : N1 / N01 >N2 / N02.

L'isotope qui possède la plus grande constante radioactive est éliminé le plus rapidement.


Le technétium 9943Tc a une période de 6 heures. Une fiole de technétium a une activité de 40 Mbq à 18 heures.

Définir l'activité et donner son expression en fonction du nombre de noyaux radioactifs.

Activité en Bq : A: nombre de désintégrations par seconde.

A = l N = A0 exp(-lt) avec A0 = l N0.

Quelle était son activité à 12 heures ?

18-12 = 6 heures; au bout d'une période, l'activité diminue de 50 % ; l'activité à 12 h était : 80 MBq.

Quelle sera son activité le lendemain à 18 heures ?

24 h = 4 périodes ; au bout de 4 périodes l'activité vaut A0 / 24 = A0 /16 =0,0625 A0 = 0,0625*40 =2,5 MBq.



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