Exercices nucléaires.p65

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 scintigra-
phie 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 excep-
tions).
10. Sur la figure, tracer la droite sur laquelle se situent ces noyaux stables.
0
20
N
Z
20
10
0
10
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 β
-
Données: Extrait de la classification périodique:
18Ar 19K 20Ca 21Sc 22Ti
12. Écrire l’équation de désintégration du «scandium 45» en précisant les
lois de conservation utilisées. On supposera que le noyau fils est produit
dans un état excité.
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 AZX
3. Que représentent les deux symboles A et Z ?
4. Par quoi différent les isotopes d’un même élément chimique?
RADIOACTIVITE
L’ «oxygène 15» est radioactif β
+.
Extrait de la classification périodique:
6C 7N8O9F10Ne 11Na
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 radioac-
tivité ?
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 230Th 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 désinté-
grations 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 suivan-
tes : 23892U23490Th 23491Pa 234Z1U230Z2Th
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 mé-
dicale. Le « fluor 18 » se désintègre spontanément pour donner l’isotope 18 de l’oxygène L’équation de
cette réaction nucléaire peut s’écrire :189F188O + AZX
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.
uranium 238
92
radium 226
88
plomb 214
82
bismuth 214
83
polonium
214
plomb 210
82
radon 222
86
polonium
218
plomb 206
82
bismuth 210
83
α
t
1/2
= 3,1 min
t
1/2
= 27 min
β
–
α
t
1/2
= 160 µs
α
t
1/2
= 3,8 j
t
1/2
= 22 ans
β
–
β
–
t
1/2
= 20 min
t
1/2
= 4,5 m
illiards d'années
gaz
radon
t
1/2
= 1600 ans
plomb non
radioactif
matériaux de la
croûte terrestre
Figure 7
24. Que peut-on dire des noyaux représentés sur une
même verticale de la figure ? Justifier.
25. Écrire l’équation de désintégration du radon 222
et celle du plomb 214.