Travaux Dirigés ( N 2) - Cours - th`eme - LPNHE

Mention Physique - L2 - Ann´ ee 2011-2012 Licence de Sciences et Technologies LP223 : Analyse de Donn´ ees et Simulation

Travaux Dirig´ es ( N

2) - Cours - th` eme : pr´ eparation aux travaux pratique

1 Caract´ eristiques des rayonnements alpha, bˆ eta et gamma

Des cases de ce tableau ont ´et´e volontairement m´elang´ees. En vous servant des lettres ou des chiffres d’identification, placez-les dans les cases appropri´ees dans le tableau.

Rayon Nature Vitesse Charge Champ d’action

A I A i

Alphaα onde Pr`es de 300 000 km/s Positive Peu p´en´etrant (vitesse de la lumi`ere) +2 (la main

peut l’arrˆeter)

B II B ii

Bˆetaβ Noyau d’h´elium Environ 4000 `a 40 000 km/s Nulle Tr`es p´en´etrant une ´epaisse plaque

de plomb peuvent l’arrˆeter

C III C iii

Gammaγ ´electron 300 000 km/s N´egative p´en´etrant

-1 (une planche de bois 2,5 cm l’arrˆete) Alphaα

Bˆetaβ Gammaγ

2 Equation de r´ ´ eaction de d´ esint´ egration

1. Soit l’´equation de d´esint´egration suivante :^A_ZX→²²²86Rn +⁴2He

1

(a) Quel type de d´esint´egration est en cause ?

(b) Le symbole de l’´el´ement qui se d´esint`egre est celui du radium (88Ra), du francium (⁸⁷Fr), du radon (⁸⁶Rn) ou de l’astate (⁸⁵As) ?

(c) Quelle est le nombre de masse du noyau qui se d´esint`egre ?

(d) Expliquez les changements qui se sont produits au niveau de la masse et du num´ero atomique.

2. Dans cette ´equation de d´esint´egration : ²¹⁰82Pb→^AZ X + e⁻+ ¯νe

(a) Quelle est la sorte de d´esint´egration ?

(b) Le symbole de l’´el´ement marqu´e par X est celui du thallium (⁸¹TI), du plomb (⁸²Pb) ou du bismuth (⁸³Bi)?

(c) Quelle est le nombre de masse du noyau fils?

(d) Expliquez ce qui se passe au niveau du nombre de masse et du num´ero atomique lors de cette d´esint´egration.

3. On consid`ere la d´esint´egration alpha de l’uranium 234.

(a) ´Ecrivez la, l’un des ´el´ements r´esultant ´etant `a choisir parmi le thorium (⁹⁰Th), le protactinium (⁹¹Pa), l’uranium (⁹²U), le neptunium (⁹³Np) et le plutonium(⁹⁴Pu),

3 P´ eriode, activit´ e, constante radioactive

Une certaine substance radioactive dont la demi-vie est de 10 s ´emet 2 10⁷particules alpha par seconde.

1. Donner la constante de d´esint´egration (λ) de cet isotope.

2. Donner l’activit´e de cette substance Bq.

3. Combien y a-t-il de noyaux radioactifs dans cette substance ? 4. Combien en restera-t-il apr`es 30 secondes ?

On mesure en laboratoire l’activit´e sp´ecifique de²³⁸92U. On trouve que 1 mg d’un ´echantillon d’uranium²³⁸92U ´emet 740 particules alpha/minute.

1. Calculer la quantit´e de mati`ere (le nombre de mˆole) qui correspond `a 1 mg d’uranium

238 92U.

2. Calculer le nombre de noyau d’uranium²³⁸92U contenu dans 1 mg.

3. Calculer la constante de d´esint´egration de l’²³⁸92U et sa p´eriode.

2

Table 1: Les facteurs de pond´eration des rayonnements photons (gamma, X) 1

´electrons (bˆeta) 1

neutrons 5 `a 20

protons 5

Particules alpha, ions lourd 20

Table 2: Les facteurs de pond´eration des organes et des tissus

Gonades 0,20

Moelle osseuse, coton, poumon, estomac 0,12 Vessie, sein, foie, oesophage, thyro¨ıde 0,05 Peau, surfaces osseuses 0,01

Autres 0,05

4 Etude de radioprotection : dose efficace re¸cue ´

1. La fission de l’uranium 235 produit, entre autres nucl´eides, le c´esium ¹³⁷55Cs qui est

´emetteur radioactif β⁻. Le noyau fils ´emetteur radioactif γ est un noyau de baryum (Ba).

Ecrire l’´equation-bilan de la d´esint´egration´ β⁻. Comment se manifeste la d´es-excitation du noyau ainsi obtenu ?

2. Un employ´e d’une centrale nucl´eaire reste accidentellement durant une heure `a proximit´e d’une source de c´esium¹³⁷55Cs. Durant cette exposition, il absorbe, uniform´ement sur l’ensemble du corps, 5 % des rayons gamma d’´energie 0,66 MeV ´emis par cette source.

On suppose que l’activit´e de cette source est ´egale `a 3,0 10¹²Bq.

Sachant que l’employ´e a une masse de 70 kg, calculer la dose absorb´ee et la dose efficace pour le corps entier de l’employ´e. Calculer aussi la dose efficace au niveau des gonades.

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