Travaux pratiques - physiques des particules 7 , Exercices de Physique des particules
Eleonore_sa
Eleonore_sa30 April 2014

Travaux pratiques - physiques des particules 7 , Exercices de Physique des particules

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Travaux pratiques de physiques des particules sur le polonium 210. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Composition d'un noyau de polonium 210, Équation de désintégration, L’activité d’un gramme de polonium 2...
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Exercice 1: Le polonium 210 (6 points)

Pondichéry 2010 Exercice 1 : Le polonium 210 (6 points)

A propos du polonium 210, on peut trouver dans l’encyclopédie WIKIPEDIA le texte suivant : « C’est le premier élément découvert par Pierre et Marie Curie en 1889 dans leurs recherches sur la radioactivité [...]. Ce n’est que plus tard qu’ils découvrirent le radium. Le mot polonium a été choisi en hommage aux origines polonaises de Marie Sklodowska-Curie.

[...] C’est un émetteur de rayonnement alpha. Le 210Po a une demi-vie de 138 jours.

[...] Il se désintègre en émettant des particules alpha dont l’énergie est de 5,3 millions d’électrons volts.

[,..] L’exposition aux rayonnements ionisants augmente le risque de cancer, d’anomalies génétiques, et pourrait avoir de nombreuses conséquences sanitaires autres que les cancers.

Le polonium 210 présente une forte activité [...].

Un seul gramme de polonium 210 présente une activité de 166 000 milliards de becquerels et par conséquent émet 166 000 milliards de particules alpha par seconde. » Données :

Quelques éléments : 81TI ; 82Pb ; 83Bi ; 85At ; 86Rn

Masses de quelques noyaux ou particules: m( 94Be ) = 9,00998 u ; m( 4

2He ) = 4,00151 u ;

m( 126C ) = 11,99671 u ; m( 1

0n ) = 1,00866 u.

Masse molaire atomique : M(210Po) = 210 g.mol1

Quelques constantes et unités :

Célérité de la lumière dans le vide : c = 2,99792  108 m.s-1

Nombre d’Avogadro : NA = 6,022  1023 mol1

Unité de masse atomique : 1 u = 1,6605  1027 kg

1 Indiquer la composition d’un noyau de polonium 210 ( 21084Po ).

2 Écrire l’équation de désintégration d’un noyau 21084Po en précisant les lois de conservation

utilisées (on supposera que le noyau fils formé est à l’état fondamental).

3 L’élément polonium possède entre autres isotopes le noyau de 21084Po .

Définir la notion des noyaux isotopiques. 4 Définir le temps de demi-vie, t1/2, d’un noyau radioactif. 5 5.1 Énoncer la loi de décroissance radioactive, en précisant la signification de chacun des termes.

5.2 Sachant que l’activité A(t) d’une source radioactive vérifie A(t) = ( )

dN t

dt , montrer que

l’activité A(t) d’une source radioactive est proportionnelle au nombre N(t) de noyaux radioactifs présents dans cette source.

5.3 Écrire la relation entre la constante radioactive et le temps de demi-vie puis calculer la

valeur de la constante radioactive en s1 du 21084Po .

6

6.1 Calculer le nombre N de noyaux présents dans une masse m = 1,00 g de polonium 210.

6.2 Justifier, par un calcul, la phrase « un seul gramme de polonium 210 présente une activité de 166 000 milliards de becquerels ». 7 Le polonium 210 est l’un des produits issus des désintégrations successives de l’uranium 238

lesquelles conduisent à l’isotope stable 20682Pb du plomb.

Ces désintégrations sont de type  et .

On peut assimiler l’ensemble à une réaction unique :

238 92U 

206

82Pb + x 4

2He + y 0

1e où x et y sont des entiers.

Déterminer le nombre x de désintégrations  et le nombre y de désintégrations .

Pour effectuer ce calcul, la connaissance de l’ordre des désintégrations n’est pas nécessaire.

8 Émetteur , le polonium a de nombreuses utilisations.

Il a été employé comme source de rayonnement  par Irène et Frédéric Joliot-Curie dans les expériences qui ont conduit à la découverte de la radioactivité artificielle en 1934.

Associé au béryllium, il constitue une source de neutrons produits par la réaction nucléaire :

9 4Be +

4

2He  12

6C + 1

0n

8.1 Exprimer l’énergie de cette réaction, E, à partir des données.

8.2 Calculer sa valeur en joules.

8.3 Commenter le signe de la valeur obtenue pour E.

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