Chapitre 8 : Radioactivité
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Questions and Answers

Quel isotope est radioactif par rapport aux autres isotopes présents dans le carbone?

  • C-11
  • C-13
  • C-12
  • C-14 (correct)
  • Quel changement se produit dans la proportion de C-14 après la mort d'un organisme?

  • Elle oscille.
  • Elle augmente.
  • Elle reste constante.
  • Elle diminue. (correct)
  • Quel élément est produit lorsque le C-14 se désintègre?

  • Carbone-13
  • Carbone-12
  • Oxygène-16
  • Azote-14 (correct)
  • Quelle est la proportion de C-14 dans un organisme vivant par rapport à l'ensemble des isotopes de carbone?

    <p>1.2 x 10^-10 % (D)</p> Signup and view all the answers

    Comment la décroissance de C-14 est-elle généralement représentée?

    <p>Droite décroissante (B)</p> Signup and view all the answers

    Quel est le lien entre la constante de désintégration et la période ou demi-vie d'un isotope ?

    <p>La période est inversée par rapport à la constante de désintégration. (B)</p> Signup and view all the answers

    Quel est l'impact d'une augmentation de la constante de désintégration sur la demi-vie d'un isotope ?

    <p>La demi-vie diminue. (A)</p> Signup and view all the answers

    Quel est le but de la méthode du carbone-14 ?

    <p>Évaluer le temps écoulé depuis la mort d'un organisme. (D)</p> Signup and view all the answers

    Quelle forme représente la dynamique exponentielle de la désintégration radioactive ?

    <p>$N(t) = N_0 e^{-λt}$ (D)</p> Signup and view all the answers

    Quel est le symbole utilisé pour désigner l'activité d'une source radioactive ?

    <p>A (D)</p> Signup and view all the answers

    Pour un isotope donné avec une constante de désintégration de $λ = 0.00012097$ an-1, quelle est sa période de demi-vie ?

    <p>5,730 ans (D)</p> Signup and view all the answers

    Quelle est l'unité de mesure de l'activité d'une source radioactive ?

    <p>Becquerel (B)</p> Signup and view all the answers

    Quelle équation représente la relation entre l'activité A et le nombre de noyaux instables N ?

    <p>A = λN (C)</p> Signup and view all the answers

    La décroissance de l'activité au cours du temps suit quel type de fonction ?

    <p>Exponentielle (D)</p> Signup and view all the answers

    Pour qu'une désintégration radioactive ait lieu, il est nécessaire que :

    <p>Le noyau reçoive de l'énergie de l'extérieur. (C)</p> Signup and view all the answers

    Quel est le produit de la désintégration bêta-?

    <p>Un proton et un électron (B)</p> Signup and view all the answers

    Quelle énergie est émise lors de la désintégration bêta-?

    <p>L'énergie est partagée entre l'électron et l'antineutrino (B)</p> Signup and view all the answers

    Comment se forme la particule bêta émise lors de la désintégration?

    <p>Elle naît au moment de la transformation d'un neutron en proton (D)</p> Signup and view all the answers

    Quelle forme de radiation est associée à la désintégration bêta-?

    <p>Des électrons (particules bêta-) (C)</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle d'un antineutrino lors de la désintégration bêta-?

    <p>Il aide à équilibrer la charge lors de la transformation (B)</p> Signup and view all the answers

    Quel phénomène est associé à l'émission de radiations gamma dans le noyau?

    <p>La désexcitation du noyau (D)</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce qui détermine le continuum d'énergies cinétiques observées lors de la désintégration bêta-?

    <p>La différence d'énergie entre les noyaux mère et fille (C)</p> Signup and view all the answers

    Quel phénomène décrit la transformation d'un neutron en proton?

    <p>Désintégration Bêta (B)</p> Signup and view all the answers

    Quel processus transforme un proton en neutron lors de la désintégration bêta positive ?

    <p>Capture électronique (A)</p> Signup and view all the answers

    Quel est un exemple de noyau concerné par la désintégration bêta positive ?

    <p>11C (D)</p> Signup and view all the answers

    Quelle particule est émise lors de la désintégration alpha ?

    <p>Une particule alpha (C)</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce qui détermine l'énergie emportée par une particule alpha ?

    <p>La différence d'énergie entre le noyau-mère et le noyau-fille (B)</p> Signup and view all the answers

    Quel radionucléide est souvent utilisé en médecine nucléaire pour traiter des métastases osseuses ?

    <p>Ra-223 (C)</p> Signup and view all the answers

    Comment les énergies des particules alpha sont-elles décrites par rapport aux radionucléides ?

    <p>Elles sont discrètes et propres au noyau considéré (C)</p> Signup and view all the answers

    Quel type de désintégration implique l'émission de 2 protons et 2 neutrons ?

    <p>Désintégration alpha (B)</p> Signup and view all the answers

    Quelle affirmation est fausse concernant les niveaux d'énergie des noyaux-filles après une désintégration alpha ?

    <p>Elles sont toujours identiques pour une désintégration donnée (C)</p> Signup and view all the answers

    Quel est le mécanisme de la désintégration bêta positive ?

    <p>Un proton se transforme en neutron et émet un positron et un neutrino. (C)</p> Signup and view all the answers

    Quelle particule est émise lors de la désintégration bêta positive ?

    <p>positron (C)</p> Signup and view all the answers

    Quelles particules sont créées lors de l'annihilation d'un positron dans la matière ?

    <p>Deux photons de 511 keV (B)</p> Signup and view all the answers

    Quel type de noyaux est concerné par la désintégration bêta ?

    <p>Tous les noyaux, incluant les isotopes comme le 14C et le 131I (B)</p> Signup and view all the answers

    Qu'est-ce qui se passe après le freinage du positron dans la matière ?

    <p>Il se lie à un électron avant de s'annihiler. (D)</p> Signup and view all the answers

    Quelle est la conséquence de la capture électronique ?

    <p>Absorption d'un électron par le noyau au lieu de l'émission. (A)</p> Signup and view all the answers

    Quel est le rôle du neutrino dans la désintégration bêta positive ?

    <p>Il équilibre le nombre de leptons dans le noyau. (B)</p> Signup and view all the answers

    Quel type d'énergie est libéré lors de la désintégration bêta ?

    <p>Énergie cinétique partageable (B)</p> Signup and view all the answers

    Flashcards

    Désintégration radioactive

    Mécanisme spontané et aléatoire de transformation d'un noyau instable en un noyau plus stable.

    Constante de désintégration (λ)

    Probabilité de désintégration d'un noyau par unité de temps. Elle est propre à chaque noyau et ne change pas avec le temps.

    Demi-vie (T)

    Temps nécessaire pour que la moitié des noyaux instables d'un échantillon se désintègre.

    Équation de désintégration

    dN(t)/dt = -λN(t). Elle décrit comment le nombre de noyaux instables (N(t)) change au cours du temps.

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    Décroissance exponentielle

    Le nombre de noyaux instables diminue de manière exponentielle au cours du temps, selon une courbe.

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    Carbone-14 dans un organisme vivant

    Le carbone-14 (C-14) est un isotope radioactif présent dans les organismes vivants et en équilibre avec la production atmosphérique.

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    Carbone-14 dans un organisme mort

    Après la mort, la production de carbone-14 cesse, et la quantité de C-14 diminue par désintégration, selon une loi exponentielle.

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    Désintégration du C-14

    Le carbone-14 se désintègre de façon exponentielle au cours du temps, avec une demi-vie spécifique.

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    Isotopes stables du carbone

    Le carbone-12 (C-12) et le carbone-13 (C-13) sont des isotopes stables du carbone, contrairement au carbone-14.

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    Importance du C-14 lors datation

    La proportion de C-14 dans un échantillon permet de déterminer l'âge d'un organisme mort, en mesurant la décroissance temporelle.

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    Activité d'une source radioactive

    Nombre de désintégrations par unité de temps.

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    Relation entre l'activité et le nombre de noyaux instables

    L'activité (A) est égale à la probabilité de désintégration par unité de temps (λ) multipliée par le nombre de noyaux instables (N).

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    Unité d'activité

    Becquerel (Bq), qui correspond à une désintégration par seconde.

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    Décroissance radioactive

    L'activité d'une source radioactive diminue exponentiellement avec le temps.

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    Radioactivité : processus

    Spontané à l'intérieur du noyau atomique.

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    Désintégration bêta-

    Transformation d'un neutron en proton dans le noyau, accompagnée de l'émission d'un électron (particule bêta -) et d'un antineutrino.

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    Particule bêta-

    Électron émis lors de la désintégration bêta-. Ce n'est pas un électron préexistant dans l'atome.

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    Antineutrino

    Particule émise lors de la désintégration bêta-.

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    Noyau-mère

    Noyau initial avant la désintégration.

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    Noyau-fille

    Noyau résultant après la désintégration.

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    Énergie cinétique

    Énergie de mouvement des particules émises.

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    Continuum d'énergies

    Distribution continue d'énergies cinétiques de l'électron.

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    Différence d'énergie noyau-mère/noyau-fille

    Source de l'énergie partagée entre les particules émises.

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    Capture électronique (CE)

    Un proton dans le noyau se transforme en neutron, émettant un électron et un neutrino. Ce processus compète avec la désintégration bêta +.

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    Noyaux concernés par la désintégration bêta + et CE

    Les noyaux qui subissent ces désintégrations ont un excès de protons par rapport aux neutrons. Exemples : 11C, 13N, 15O, 18F, 124I.

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    Désintégration α

    Un noyau émet une particule alpha (2 protons et 2 neutrons, identique à un noyau d'hélium). L'énergie est donnée à la particule alpha.

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    Noyaux concernés par la désintégration alpha

    Les noyaux lourds avec un rapport élevé protons/neutrons subissent généralement une désintégration alpha. Exemples : Rn-222, Ra-223, U-238.

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    Énergie des particules alpha

    Les particules alpha ont des énergies spécifiques qui dépendent du radionucléide. La désintégration peut aboutir à différents niveaux d'énergie du noyau-fille, conduisant à des énergies différentes des particules alpha.

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    Schéma de désintégration

    Représentation visuelle des différents modes de désintégration d'un radionucléide. Montre les niveaux d'énergie, les transitions et les produits de désintégration.

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    Ra-233 : un exemple

    Le Ra-233, utilisé en médecine nucléaire, se désintègre en Rn-219 via des particules alpha. Son schéma de désintégration présente 24 branches aboutissant à des niveaux d'énergie différents de Rn-219.

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    Énergie de désintégration

    L'énergie libérée lors de la désintégration radioactive d'un noyau. Elle varie entre 0 et une énergie maximale propre au radionucléide en question.

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    Désintégration bêta (β-)

    Un neutron dans le noyau se transforme en un proton, émettant un électron (particule bêta -) et un antineutrino. Le nombre atomique (Z) augmente de 1, tandis que le nombre de masse (A) reste le même.

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    Émission gamma

    Un noyau excité se désexcite en émettant un photon gamma. L'énergie du noyau diminue, mais le nombre atomique et le nombre de masse restent inchangés.

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    Désintégration bêta + (β+)

    Un proton dans le noyau se transforme en un neutron, émettant un positron (particule bêta +) et un neutrino. Le nombre atomique (Z) diminue de 1, tandis que le nombre de masse (A) reste le même.

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    Annihilation positron-électron

    Lorsqu'un positron rencontre un électron, les deux particules s'annihilent, produisant deux photons gamma d'une énergie de 511 keV chacun, émis à 180 ° l'un de l'autre.

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    Capture électronique

    Un électron orbital est capturé par le noyau, se combinant avec un proton pour former un neutron et un neutrino. Le nombre atomique (Z) diminue de 1, tandis que le nombre de masse (A) reste le même.

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    Isotopes

    Atomes du même élément chimique ayant le même nombre de protons (même numéro atomique) mais un nombre différent de neutrons (nombre de masse différent).

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    Radionucléides

    Noyaux atomiques instables qui subissent une désintégration radioactive.

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    Study Notes

    Chapitre 8 : Radioactivité

    • Le sujet est la radioactivité, un cours de physique générale (module B1.1) dispensé par le Pr François Bochud.

    Objectifs

    • Décrire la différence entre un noyau stable et un noyau radioactif.
    • Décrire les différents types de radioactivité, le type de rayonnement émis et le spectre énergétique.
    • Calculer l'activité d'une source radioactive en fonction du temps.

    Noyau stable et instable

    • Un noyau stable conserve sa composition au cours du temps.
    • Un noyau instable (radionucléide) peut se désintégrer spontanément, libérant de l'énergie sous forme de rayonnement.
    • La radioactivité est le phénomène de stabilisation d'un noyau par émission de rayonnement.
    • Il existe 3 types de radioactivité : alpha, bêta et bêta+.
    • Une désintégration radioactive implique un noyau mère qui se transforme en noyau fille, avec la libération de particules (ou rayonnement).
    • Le noyau fille se stabilise par l'émission de rayons gamma.

    Datation au carbone 14 (C-14)

    • La méthode de datation au carbone-14 mesure le ratio du carbone 14 sur les isotopes stables du carbone dans un échantillon.
    • Le carbone 14 est un isotope radioactif présent dans les organismes vivants.
    • L'équilibre entre la production de carbone 14 dans l'atmosphère et sa désintégration est maintenu tant que l'organisme est vivant.
    • Après la mort de l'organisme, la quantité de carbone 14 diminue selon une décroissance exponentielle.
    • La période du carbone 14 est de 5730 ans.
    • La datation permet de déterminer l'âge d'un organisme mort.

    Dynamique de la désintégration

    • La désintégration radioactive est un processus aléatoire et spontané.
    • La constante de désintégration (λ) représente la probabilité de désintégration par unité de temps et est propre à chaque noyau considéré.
    • La décroissance du nombre de noyaux instables suit une fonction exponentielle.
    • La période (T) est le temps nécessaire à réduire le nombre de noyaux instables d'un facteur 2.
    • La formule de la décroissance exponentielle est N(t) = N₀e⁻ˣᵗ.

    Constante de désintégration du carbone 14

    • La constante de désintégration (λ) du carbone 14 est de 0.00012097 an⁻¹

    Autres exemples de datation au carbone 14

    • Datation du corps de Ötzi
    • Évaluation de la génération de cellules hippocampiques chez l'humain.

    Consommation de carburants fossiles et datation au C-14

    • La combustion de carburants fossiles augmente la concentration de CO2 dans l'atmosphère et dilue la proportion de C-14.
    • Cela affecte la proportion de C-14 dans les organismes vivants et perturbe la méthode de datation au carbone 14, car les organismes modernes contiennent plus de C-14 par rapport à ceux du passé.

    Principaux types de radioactivité

    • Radioactivité alpha (α) : émission d'une particule alpha (2 protons et 2 neutrons).
    • Radioactivité bêta (β⁻) : transformation d'un neutron en un proton, libération d'un électron et d'un antineutrino.
    • Radioactivité bêta (β⁺) : transformation d'un proton en neutron, émission d'un positron et d'un neutrino.
    • Capture électronique (CE) : un électron atomique est absorbé par le noyau, transformant un proton en neutron et libérant un neutrino.

    Désintégration Gamma (γ)

    • Émission de rayonnement électromagnétique à haute énergie appelé rayonnement gamma, avec changement d'état énergétique du noyau sans changement de sa composition.

    Production de radio-nucléides en médecine

    • Les radio-nucléides utilisés en médecine sont produits artificiellement dans les réacteurs nucléaires ou les accélérateurs de particules (cyclotrons).

    Noyaux concernés par les différentes désintégrations

    • Des graphiques illustrent les différents types de noyaux concernés par chaque type de désintégration radioactives (alpha, bêta, capture électronique et fission) sur le plan de l'espace des nombres de neutrons et de protons.

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    Quiz Team

    Description

    Ce quiz porte sur la radioactivité dans le cadre du cours de physique générale (module B1.1) avec le Pr François Bochud. Vous explorerez les différences entre les noyaux stables et radioactifs, les types de radioactivité, ainsi que le calcul de l'activité d'une source radioactive. Testez vos connaissances sur ce sujet fascinant et essentiel de la physique moderne.

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