Exercices nucléaires.p65

RADIOACTIVITE
1. Par quels nombres caractérise-t-on le noyau d’un atome?
Il existe deux principaux isotopes du carbone (dont les nombres de masse sont 12 et 14).
2. Que désignent plus précisément ces valeurs pour un noyau de carbone ?
On représente le noyau d’un atome X par le symbole
A
Z
X
3. Que représentent les deux symboles A et Z ?
4. Par quoi différent les isotopes d’un même élément chimique?
La glande thyroïde produit des hormones essentielles à différentes fonctions de l’organisme à partir de
l’iode alimentaire. Pour vérifier la forme ou le fonctionnement de cette glande, on procède à une scintigraphie thyroïdienne en utilisant les isotopes 131 13153I ou 123 12353I de l’iode.
Pour cette scintigraphie, un patient ingère une masse m = 1,00 mg de l’isotope
Données:
Constante d’Avogadro: 6,02 . 1023 mol–1
Masse molaire atomique de l’isotope 13153I M = 131 g.mol–1
5. Donner la composition du noyau de l’isotope 13153I
6. Montrer que le nombre d’atomes radioactifs (donc de noyaux radioactifs) initialement présents dans la dose ingérée est égal à
4,60 ´ 1018 atomes.
Cent grammes de crème Tho-Radia contiennent N0 = 3,33.1014 noyaux de radium.
Données :
Constante d’Avogadro : NA = 6,02.1023 mol-1
Masse molaire atomique du radium : M = 226 g.mol-1
7. Calculer la masse de radium 226 contenue initialement dans 100 g de crème.
Le deutérium de symbole 21H et le tritium 31H de symbole sont deux isotopes de l’hydrogène.
8. Définir le terme de noyaux isotopes.
9. Donner la composition de ces deux noyaux.
Les noyaux dont le numéro atomique est Z et tels que le nombre de neutrons N = Z sont stables (sauf exceptions).
10. Sur la figure, tracer la droite sur laquelle se situent ces noyaux stables.
11. Placer sur le diagramme (N, Z) les positions respectives des noyaux de
scandium 45 et de calcium 40. À partir de ces positions, indiquer lesquels
de ces noyaux sont stables ou instables.
Le scandium est emetteur βDonnées:
Extrait de la classification périodique:
Ar
18
K
19
20
Ca
21
Sc
N
20
Ti
22
12. Écrire l’équation de désintégration du «scandium 45» en précisant les 10
lois de conservation utilisées. On supposera que le noyau fils est produit
dans un état excité.
L’ «oxygène 15» est radioactif β+.
Extrait de la classification périodique:
C
6
N
7
8
O
Z
0
10
0
9
F
10
Ne
20
11
Na
13. Ecrire l’équation de la désintégration correspondante. On supposera que le noyau fils n’est pas émis dans un état excité.
Le nickel 63 ( 63Ni) est un matériau radioactif qui émet des électrons
On donne un extrait de la classification périodique des éléments :
Symbole
Co
Ni
Cu
N° atomique
27
28
29
14. Qu’est-ce qu’un noyau radioactif ?
15. Quelle est la composition du noyau de nickel 63 ?
16. Écrire l’équation traduisant la désintégration de ce noyau, en indiquant les lois de conservation à respecter. Quelle type de radioactivité ?
L’étude expérimentale porte sur le radon 220. À l’aide d’un compteur de radioactivité naturelle, on effectue
une acquisition toutes les 5 s pendant 10 min. On donne 22086Rn & 21684Po.
17. Donner la composition du noyau du radon 220.
18. Écrire l’équation de désintégration du radon 220 en polonium 216.
19. Quel est le type de radioactivité correspondant à cette réaction de désintégration? Justifier votre réponse.
Le noyau
230
Th est un noyau emetteur α et se désintègre pour donner du 88Ra.
20. Indiquer ce que représente α et écrire l’équation de la réaction nucléaire correspondante, en précisant les lois utilisées (le noyau de
radium est obtenu dans un état non excité)
Le thorium 230Th fait partie de la famille radioactive de l’uranium 238U. Une famille radioactive est composée
d’un ensemble de noyaux radioactifs, tous issus d’un noyau initial instable qui, de père en fils, par désintégrations successives conduisent à un noyau stable, ici le « plomb 206 ». L’ « uranium 238 », dissous à l’état
de traces dans l’eau de mer, produit des atomes de « thorium 230 » suivant les réactions nucléaires suivan234
234
234
230
tes : 23892U
Th
Pa
U
Th
90
91
Z1
Z2
21. Donner les valeurs de Z1 et Z2, en les justifiant, et indiquer le type de radioactivité pour les deux premières transformations
Le « fluor 18 » est un isotope radioactif du fluor. Il est produit sur place dans le laboratoire d’imagerie médicale. Le « fluor 18 » se désintègre spontanément pour donner l’isotope 18 de l’oxygène L’équation de
18
cette réaction nucléaire peut s’écrire :189F
O + AZX
8
22. Donner la composition du noyau de l’isotope 18 du fluor.
23. En appliquant les lois de conservation déterminer Z et A. Cette désintégration est-elle du type α, β- ou β+ ?
Les descendants du radon 222 appartiennent à la famille décrite dans la figure 7 ci-dessous : chaque flèche
pleine désigne une désintégration, les flèches en pointillés représentent une succession de désintégrations.
Indiquer la composition du noyau de radon 222.
α
plomb 214
polonium
218
t1/2 = 3,1 min
82
β–
t1/2 = 27 min
α
t1/2 = 3,8 j
radon 222
24. Que peut-on dire des noyaux représentés sur une
même verticale de la figure ? Justifier.
86
gaz
radon
bismuth 214
25. Écrire l’équation de désintégration du radon 222
et celle du plomb 214.
83
β–
plomb 210
α
t1/2 = 160 µs
82
t1/2 = 20 min
t1/2 = 1600 ans
Figure 7
polonium
214
β–
t1/2 = 22 ans
bismuth 210
83
plomb 206
82
plomb non
radioactif
matériaux de la
croûte terrestre
radium 226
88
uranium 238
92
t1/2 = 4,5 milliards d'années