Radioactivité et RI Flashcards
1
Q
Quels sont les différents rayonnements ionisants ?
A
- Rayonnements électromagnétiques (rayons X et γ)
- Rayonnements particulaires (au sens particules massiques : α, β, neutrons, produits de fission, …)
2
Q
Utilisation des rayonnement ionisant en médecine nucléaire ?
A
- Diagnostic (radiographie, scanner X, PET-scan, scintigraphie, …)
- Traitement (radiothérapie : irradiation externe ou interne (curiethérapie) de tumeur)
3
Q
A quoi correspond 1 Å (Ångström) ?
A
10^-10 m
4
Q
Diamètre d’un atome ?
A
1 Å : 10^-10 m
5
Q
Diamètre d’un noyau d’atome ?
A
10^-15 m
6
Q
A quoi correspondent les éléments de la représentation des atomes suivante ? A/Z X ?
A
=> Noyau constitué de A nucléons
* Z protons (p) de :
- masse mp
- charge e
* N = (A - Z ) neutrons (n) de :
- masse mn
- charge nulle (particule neutre)
7
Q
Composition d’un atome ?
A
Atome = noyau + électrons
8
Q
A quoi correspond le “A” de la représentation de l’atome ?
A
- Nombre de masse
- Nombre de nucléons
9
Q
A quoi correspond le “Z” de la représentation de l’atome ?
A
- Nombre de charges
- Numéro atomique
10
Q
Qu’est-ce qu’un isobare ?
A
mêmes A, Z différents
11
Q
Qu’est-ce qu’un isotones ?
A
mêmes N, A et Z différents
12
Q
Qu’est-ce qu’un isotopes ?
A
Mêmes Z , A différent
13
Q
Qu’implique l’énergie de liaison des nucléons ?
A
La masse du noyau < Somme des masses des A nucléons qui le constituent
14
Q
Calcul “exacte” de la masse du noyau d’un atome ?
A
m noy. at = Z. m(p) + (A-Z).m(n) - Δm
avec : -Δm = au défaut de masse
15
Q
Qu’implique l’équivalence masse-énergie ?
A
Une particule de masse m possède une énergie :
* E = m*c² <= Relation d’Einstein
16
Q
A quoi correspond le défaut de masse ?
A
Energie libérée lors de la formation du noyau
17
Q
Calcul de l’énergie de la liaison nucléaire ?
A
B = Δm*c²
18
Q
Qu’est-ce que l’énergie de liaison d’un système ?
A
= énergie cédée au milieu extérieur lors de la formation du système
= énergie qu’il faut fournir au système pour le dissocier
19
Q
Qu’est-ce que l’énergie de liaison nucléaire ?
A
=> B
= énergie cédée au milieu extérieur lors de la formation du noyau
= énergie qu’il faut fournir au noyau pour le dissocier en ses A constituants
= Δm*c² avec Δm le défaut de masse du noyau
20
Q
Que se passe-t-il lors de la formation du noyau ?
A
⇒ le milieu extérieur gagne de l’énergie : + B (≥ 0)
⇒ le système (les A constituants du noyau) perd de l’énergie : − B (≤ 0) : Donc le système est plus stable après formation du noyau
21
Q
Quelle est l’énergie nécessaire d’apporter pour dissocier le noyau en ses A constituant ?
A
Il faut lui fournir l’énergie + B (≥ 0)
22
Q
A quoi correspond l’énergie de liaison nucléaire par nucléon ?
A
B/A
23
Q
Quelle sont les unités utilisées pou la masse et l’énergie d’un atome ?
A
- Unité de masse : Unité de masse atomique (uma ou u)
- Unité d’énergie : Électron-volt (eV)
=> Équivalence masse-énergie : 1 u ≡ 931,49 MeV
24
Q
Caractéristiques de l’unité de masse atomique ?
A
=> uma ou u
* 1/12ème de la masse d’un atome de 12C, non lié, au repos, dans son état fondamental
* 1 u = 1,66054.10-27 kg
25
Caractéristiques de l'électron-volt ?
=> eV
* Énergie cinétique acquise par un électron accéléré par une différence de potentiel de 1V
* 1 eV = 1,60218.10-19 J
26
Que représente la courbe d'Aston ?
* L'énergie de liaison par nucléon en fonction de A
* Abscisses : Nombre de nucléons A
* Ordonnées : - B/A
27
D'après la courbe d'Aston quels sont les éléments chimiques les plus stables ?
Fe, Ni et Co : composition du noyau de la Terre
28
Viabilité de la stabilité d'un atome ?
Pas d'atome stable après le plomb : A > à 208
29
Définition de la fusion ?
Plusieurs noyaux légers se regroupent pour donner un noyau plus lourd (de plus basse − B/A donc de plus grande B/A)
30
Définition de la fusion ?
Un noyau lourd se scinde en plusieurs noyaux plus légers (de plus basses − B/A, donc de plus grandes B/A)
31
Principaux avantage de la fusion ?
* Produit plus d'énergie
* "fonctionne" avec des petits noyaux
* produit beaucoup moins de déchets radioactifs
=> Candidat parfait pour l'énergie nucléaire ((propre))
32
Exemple de réaction de fission ?
235/92 U → 140/55 Cs + 95/37 Rb
33
Quelle est la principale force de liaison des nucléons ?
Interaction nucléaire forte
34
Caractéristiques de l'interaction nucléaire forte ?
* Force attractive
* De forte intensité
* De très faible portée (~10-15 m)
* Indépendante de la charge des nucléons
35
Quelles sont les interaction physiques qui ont lieu entre des nucléons ?
=> 4
- Interaction gravitationnelle
- Interaction électromagnétique
- Interaction nucléaire forte
- Interaction nucléaire faible
36
Définition des particules fondamentales ?
Particules auxquelles – en l’état actuel du développement de la physique – il est impossible d’attribuer une structure interne qui serait l’association d’autres particules
37
Qu'a-t-on découvert au cours des années 60 en utilisant les accélérateurs de particules ?
* Proton et neutron ne sont pas des particules fondamentales
* Existence des antiparticules (même masse mais autres caractéristiques opposées à celles des particules)
38
Qu'est-ce qu'un positon ?
Antiélectron (même masse que l’e- et charge opposée)
39
Qu'est ce qu'une annihilation ?
e+ + e- → 2γ
=> Deux photons d’énergie mec² émis dans la même direction et en sens opposés
40
Que sont les quarks ?
=> Particules fondamentales constituant les nucléons (ainsi que d’autres particules)
41
Répartitions des quarks ?
=> 3 familles :
* 1ère famille : up et down
* 2nd famille
* 3ème famille
=> 2 et 3 sont les quarks lourds et instables qui deviennent souvent des quarks de 1ère famille
42
Composition des protons et neutrons en quarks ?
* Proton : (u,u,d)
* Neutron : (u,d,d)
43
Caractéristiques des Bosons ?
=> Photons
* Spin entier, suivent la statistique de Bose-Einstein
* Peuvent être au même endroit dans un
même état quantique
44
Caractéristiques des Fermions ?
=> Baryons : Nucléons (proton/neutron)
=> Leptons : Electrons, Neutrino associé à l’électron
* Particules qui constituent la matière
* Spin demi-entier, suivent la statistique de Fermi-Dirac
* Ne peuvent pas être au même endroit dans un même état quantique (principe d’exclusion de Pauli)
45
A quoi peut aboutir l'assemblage de nucléons ?
=> Noyaux stables
=> Noyaux instables dit radioactif
46
Définition de noyau radioactif ?
Se désintègrent :
Modifient leur structure pour revenir vers la stabilité en émettant un ou plusieurs rayonnements (ou particules)
47
Définition de noyau radioactif ?
Se désintègrent :
Modifient leur structure pour revenir vers la stabilité en émettant un ou plusieurs rayonnements (ou particules)
48
Définition de noyau radioactif ?
Se désintègrent :
Modifient leur structure pour revenir vers la stabilité en émettant un ou plusieurs rayonnements (ou particules)
49
Qu'implique la dualité onde-corpuscule ?
=> Particule de quantité de mouvement p :
p = m*v
=> Onde (rayonnement) de longueur d’onde :
λ = h/p : Relation de De Broglie
Avec la lumière par exemple en reliant les deux on obtient :
p = (E/c)*vect u = (u(h*nu)/c)*vect
50
En radioactivité à quoi correspond "T" ?
* C'est le temps au bout duquel la moitié des noyaux initiaux se sont désintégrés
=> Période radioactive ou demi-vie
* T peut aller d’une fraction de seconde à plusieurs milliards d’années
51
Nombre de noyaux identifiés, identifié et stables ?
=> identifiés : 3000
=> Stables : 300
52
Nombres d'élément connus, connus sans isotopes stables ?
=> Connus : 118
=> Aucun isotope stable : 38
53
Que sont les "Nombres magique" ?
Valeurs de Z ou N pour lesquelles plus d’isotopes ou isotones stables et ayant des énergies de liaison plus fortes
=> 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126
54
Noyaux stables ?
* Pour Z < 20 : noyaux stables au voisinage de la droite Z = N
* Pour Z > 20 : noyaux stables pour Z < N
55
A quoi correspond l'état fondamental du noyau ?
m(noy)*c²
56
Définition de la radioactivité ?
Emission spontanée de rayonnement corpusculaire ou électromagnétique par un noyau
57
Quels sont les différents types de rayonnements ?
Selon la source radioactive :
* Rayonnements qui modifient la composition
des noyaux émetteurs
* Rayonnements qui ne modifient pas la composition des noyaux émetteurs
58
Rayonnements qui ne modifient pas la composition des noyaux émetteurs ?
=> Rayons γ et X : rayonnement électromagnétique (photons)
* Grande énergie, généralement Eγ > EX
* Fort pouvoir pénétrant : plusieurs cm à m de Plomb pour les arrêter (selon leur énergie)
59
Rayonnements qui modifient la composition
des noyaux émetteurs ?
* Particules α : noyaux 4/2 He
* Particules β- : électrons 0/-1 e
* Particules β+ : positons0/1 e
60
Caractéristiques des particules α ?
* Charge 2e, particules lourdes
* faible pouvoir pénétrant : quelques cm d’air ou une feuille d’Aluminium suffisent à les arrêter
61
Caractéristiques des particules β- ?
* Vitesse proche de c
* Charge -e
* particules légères
* Plusieurs m d’air ou mm d’Aluminium pour les arrêter (selon leur énergie)
62
Caractéristiques des particules β+ ?
* Vitesse proche de c
* Charge e
* particules légères
* plusieurs m d’air ou mm d’Aluminium pour les arrêter (selon leur énergie)
* en fin de parcours : réaction d'annihilation
63
Equation de désintégration radioactive ?
Noyau père → Noyau fils + Particule(s)
64
Lois de conservation lors d'une désintégration radioactive ?
=> Conservation de la charge électrique
=> Conservation du nombre de nucléons
=> Conservation de l’énergie
=> Conservation de la quantité de mouvement
65
Caractéristiques de la radioactivité α ?
* Noyau père : excès de nucléons (noy. lourds)
* Le noyau se libère de cet excès de masse en émettant une particule α : NOYAU d’hélium
* (A/Z) X → (A-4/Z-2) Y(*) + (4/2) He
* Le noyau fils est éventuellement dans un état excité
* [(A/Z) X] → [(A-4/Z-2) Y(*)]²- +[(4/2) He]²+
66
Conservation de l'énergie avec la radioactivité α ?
mXc² = mαc² + Ecα(i) + mYc² +Eri + Eγi
67
Spectre énergétique des particules α ?
=> Spectre de raies
=> Spectre discret
68
Caractéristiques des particules α ?
* très énergétiques (3 à 10 MeV)
* lourdes (6,64.10^-27 kg) ⇒ lentes (≈ 10^7 m.s-1)
* peu pénétrantes
69
Transition les plus énergétiques des particules α ?
α4 et α5
=> Se sont aussi les plus fréquentes
70
Caractéristique de la radioactivité β- ?
* Noyau père : excès de neutrons
* Un neutron se transforme en proton avec émission d’un électron (particule β-) et d’un antineutrino de l'électron
* (1/0)n → (1/1)p + (0/-1)e + (0/0)ν(barre)
* (A/Z)X → (A/Z+1)Y(*) + (0/-1)e + (0/0)ν(barre)
* [(A/Z)X] → [(A/Z+1)Y(*)]^+ +(0/-1)e + (0/0)ν (barre)
71
Conservation de l'énergie radioactivité β- ?
mXc² = mYc² +Eri + Eγi + mec² +Ece(i) + Ec(nu barre)ei
=> Énergie de recul du noyau fils : négligeable
72
Comment peut on prouver que la réaction de radioactivité β- est possible ?
=> Conservation de l'énergie :
MX ≥ MY → masse des atomes neutres
73
Caractéristiques du spectre d'énergie des particules β- ?
Spectre continu
74
Caractéristiques des particules β- ?
* E = 0 à qques MeV mais généralement ≈ 100 keV
* légères ⇒ rapides ( ≈ c) (particules relativistes)
* plus pénétrantes que les α
75
Caractéristiques de la radioactivité β+ ?
* Noyau père : excès de protons
* Un proton se transforme en neutron avec émission d’un positon (particule β+) et d’un neutrino
* (1/1)p → (1/0)n + (0/1)e + (0/0)ve
* (A/Z)X → (A/Z-1)Y(*)+ (0/1)e + (0/0)ve
* [(A/Z)X] → [(A/Z-1)Y(*)]- +(0/1)e +(0/0)ve
76
Conservation de l'énergie de la radioactivité β+ ?
mXc² = mYc² + Eri + Eγi + mec² + Ecei + Ecvei
77
Comment peut on prouver que la réaction de radioactivité β+ est possible ?
=> Conservation de l'énergie
MX - MY ≥ 2me → Masses des atomes neutres
78
Caractéristique du spectre énergétique des particules β+ ?
=> Spectre continu
79
Caractéristiques des particules β+ ?
* E = 0 à qques MeV mais généralement ≈ 100 keV
* légères ⇒ rapides (≈ c) (particules relativistes)
* même pouvoir pénétrant que les β- puis annihilation
80
Condition de la capture électronique ?
Noyau père : excès de proton
81
Déroulé de la capture électronique ?
Un électron du cortège électronique de l’atome est capté par le noyau et s’associe à un proton pour former un neutron (+ émission d’un neutrino)
82
Equations de la réaction de capture électronique ?
* (1,1)p + (0,-1)e couche interne → (1,0)n + (0,0)νe
* (A,Z)X + (0,-1)e couche interne → (A,Z-1)Y(*) + (0,0)ve
* [(A,Z)X] → [(A,Z-1)Y(*)]* + (0,0)ve
83
Rapport entre la massa de l'atome père et fils pour la capture électronique ?
La masse de l'atome père doit être supérieur ou égal à celle de l'atome fils
84
Que provoque la capture d'une électron d'une couche interne par le noyau ?
Lacune dans le cortège électronique de l'atome
=> Atome neutre, un trou en couche interne ⇒ cortège électronique fortement excité
85
Caractéristiques de la désexcitation γ ?
* Désexcitation du noyau fils issu de radioactivité α, β-, β+ ou de capture électronique, par émission d’un photon γ
* /!\ Pas forcément passage à l'état fondamental : peut juste ê de + basse énergie
* Seules certaines transitions énergétiques sont permises lors de la désexcitation radiative
86
Nature du spectre énergétiques des particules γ ?
Spectre de raies
87
Equation de la désexcitation γ ?
(A,Z)Y* → (A,Z)Y(*) + γ
88
Qu'est-ce que la conversion interne ?
Désexcitation du noyau fils issu de radioactivité α, β-, β+ ou de capture électronique, par éjection d’un électron du cortège de l’atome (couche interne)
89
Conséquences de la conversion interne ?
L'atome est ionisé positivement + un trou en couche interne ⇒ cortège électronique fortement excité
90
Equations de la conversion interne ?
* (A,Z)Y* + (0,-1)e couche interne → (A,Z)Y(*) + (0,-1)e
* [(A,Z)Y*] → [(A,Z)Y(*)]+^* + (0,-1)e
91
Quels sont les possibles désexcitation du cortège électronique ?
* Émission X
* Effet Auger
92
Propriétés des émissions X ?
* Désexcitation du cortège électronique (présentant un trou en couche interne) par émission d’un photon X
* [(A,Z)Y]* → [(A,Z)Y](*) + X
93
Propriété de l'effet Auger ?
* Désexcitation du cortège électronique par éjection d’un électron d’une couche interne supérieure à celle du trou
* [(A,Z)Y]* → [(A,Z)Y]^+(*) + (0,-1)e Auger
94
Quelle est la différence entre les rayons et γ ?
Leur origine et non pas leur énergie : l'un vient de la réorganisation du noyau (γ) l'autre du cortège électronique (X)
95
Quels sont les différents types de réactions nucléaires existantes ?
* Réactions photonucléaires
* Transformations des noyaux
96
Caractéristiques des réaction photonucléaires ?
Interactions de photons γ de grande énergie (> 10 MeV) avec les noyaux :
- Excitation du noyau
- Fission du noyau
- Arrachement de un ou plusieurs nucléons
97
Que peuvent être les transformations des noyaux ?
* Transformations spontanées des noyaux
* Transformations induites par collisions (noyaux-particules ou noyaux-noyaux)
98
Quelles sont les transformations spontanées des noyaux ?
- Radioactivité (α, β-, β+, capture électronique)
- Fission spontanée : 1 noyau lourd → 2 ou plusieurs noyaux légers
- Émission spontanée de protons ou de neutrons
