structure de la matière stabilité nucléaire transformations radioactives Flashcards
de quoi est formé un noyau?
atome = noyau ( nucléon:protons+neutrons) + électrons noyau = chargé + électrons chargés -
quelle est la charge électrique d’un atome?
atome neutre car autant de + ( protons) que de -(électrons)
par quoi est caractérisé un nucléide?
nucléide caractérisé par
- nb de masse A = nombre de nucléons ( P+N)
- numéro atomique Z = nb de protons
- nb de neutrons N = A-Z
- état d’énergie
combien existe-t-il d’éléments naturels?
90 élements naturels certains stables + 9 radioactifs
combien y a -t-il d’éléments artificiels?
25 éléments artificiels = les plus lourds
dans quel état se trouve la plupart des éléments?
la plupart des élements sont à l’état solide
combien existe-t-il de nucléides artificiels et naturels?
en comptant les isotopes ( même Z mais N différents) –> 2000 nucléides artificiels et naturels
quelles sont les charges des particules atomiques?
charge e- = -1.6 x 10^-9 C
charge p+ = - e- = +1.6x10^-9 C
charge n° = OC
comment comparer les masses des particules atomiques?
me «< mp ou mn
mp ~2000 me et mp ~mn
combien existe-t-il de particules élémentaires de la matière?
12 particules élémentaires de la matière en 2 familles les leptons et les quarks
6 dans chaque famille
quels sont les leptons?
leptons:
électron( charge-) / neutrino de l’électron (charge0)
muon / neutrino du muon
tau / neutrino du tau
quels sont les quarks?
up(u) / down(d)
charge +213e) charge - 213e
cham / strange
top / bottom
quelles sont mes particules de la matière ordinaire?quel pourcentage de la matière de l’univers représentent-elles?
electron + neutrino de l’electron +up + down = matière ordinaire =matière baryonique = 5% de la matière de l’univers
quand peut on observer des particules autres que celles de la matière ordinaire?
observation des autres particules quand collisions dans accélérateurs de particules
comment s’assemblent les quark?
chaque quark peut avoir 3 couleurs : bleu vert rouge
1 quark jamais seul
dans matière ordinaire regroupent sous forme de hadron( = particules blanches) : soit baryon ( = 3 quarks comme proton = u+u+d ou neutron =u+d+d) soit mesons (=paire quark -antiquarks)
qu’est-ce qu’une anti particule?
chaque particule possède une antiparticule de même masse MAIS charge opposée –> particule miroir.
que se passe-t-il quand une particule rencontre son anti particule?
rencontre particule -antiparticule provoque annihilation avec production d’énergie pure sous forme de paire de photons
qu’est-ce qu’un position?
positon = antiparticule de l’électron –> même masse de e- et même charge que proton
quels sont les 4 types d’interactions existant entre les particules? quels couplages assurent-elles?
4 forces d’interactions:
gravitationnelle assure couplage des masses
électromagnétique assure couplage des charges
nucléaire forte assure couplage des quarks( cohésion noyau)
nucléaire faible assure cohérence des nucléons –> resp des transfo béta + et béta-
( n–>p et p –> n)
qu’observons nous par rapport à la portée et l’intensité de la force gravitationnelle?.
force gravitationnelle a intensité tres inférieure aux trois autres forces mais sa portée est illimitée
dans modèle de Borh comment calculer un niveau d’énergie En d’une couche électronique?
En = -b . Z² / n² avec En = niveau d'énergie (<0) n = nb quantique général de la couche Z= numéro atomique de atome b = cste qui dépend de la nature de l'atome
qu’est-ce que l’énergie de liaison Wn? comment le calculer.?
énergie de liaison = Wn = -En = energie à fournir à l’atome pour éjecter électron de la couche n hors de l’atome
ou se situent les e- à l’état fondamental? ( sur quelles couches électroniques?)
état fondamental = état d’énergie où atome est le plus stable –> tous les é- sont sur les niveaux d’énergie les plus bas
un e- est-il fixé à sa couche électronique?
un e- n’est pas fixé a sa couche électronique –> possibilité de transition électronique
comment se font les échanges d’énergie lors de transition électrique?
le échanges d’énergie se font sous influence de la force électromagnétique et peuvent être ………. par E = h nu
que faut-il pour arracher un e- à un atome?
pour arracher un e- à un atome il faut apporter une énergie au moins égale à l’énergie de liaison de la couche sur laquelle il se trouve
que se passe-t-il lorsqu’un électron libre est capté par un atome?
quand e- libre capté par un atome –> libération d’énergie équivalente à l’énergie de liaison de la couche d’accueil
comment la structure électronique d’un atome peut-elle s’altérer?
altération de la structure électronique si absorption d’énergie suffisante pour rupture de liaisons d’un e- sur couche électronique interne OU amener e- vers une couche + externe
qu’est- ce que l’excitation d’un atome?
excitation = passage d’un e- de couche n vers une couche p ( >n) –> énergie a fournir = Wn - Wp
a quoi correspond l’ionisation d’un atome?
ionisation = éjection d’un e- de couche n hors de l’atome –> énergie à fournir > ou = Wn
a quoi ressemble l’atome d’hydrogène à l’état fondamental?
état fondamental = l’électron de l’atome d’hydrogène occupe le niveau d’énergie n=1
comment sont calculés les niveaux d’énergie de l’electron de H?
En (eV)= -13.6 /n² –> énergie de la couche K de H vaut donc 13.6 eV
quel est le bilan énergétique d’une transition d’une couche n1 vers n2 sur l’atome d’H?
l delta E l = 13.6 [ 1/n1² - 1/n2² ]
quels sont les deux mécanismes permettant la désexcitation d’un atome( = retour a état fondamental?)
retour a l’état fondamental = passage e- d’une couche p périphérique vers une couche n plus profonde –> émission d’énergie par atome
–> deux mécanismes en compétition = fluorescence et effet auger.
qu’est-ce que la désexcitation par fluorence?
désexcitation par fluorescence = émission d’un photonX de fluorescence–> E photon X = h nu = Wn_Wp
comment se fait l’effet Auger?
effet auger = désexcitation de atome
–> e- passe de couche p à la couche n
–> transition d’énergie a un e- plus externe –> cet e- externe va etre éjecté de l’atome avec une énergie cinétique E = 1/2 mV²
émission d’un é- d’auger
quand observons nous des transitions en cascade?
transition en cascade quand désexcitation du noyau se fait de proche en proche –> a chaque transition émission photon fluorescence OU e- auger
a chaque transition trou Electronique reporté de proche en proche vers la couche la plus externe
permet à la fin la capture d’un e- libre.
dans quelles conditions l’effet auger est plus probable que la fluorescence?
si element léger (Z<20) auger + probable que fluorescence
–> dans tissus bio , plutot des effets auger avec libération d’e-
dans quelles conditions la fluorescence est plus probable que l’effet auger?
si élément lourd (z>20) fluorescence + probable que auger
comment se fait la désexcitation de l’atome H?
pour H comme Z=1 –> un seul e- donc désexcitation ne peut se faire que par fluorescence.
comment nomme -t-on les raies d’émission de l’H?
passage de l’électron d’une couche p (périphérique) vers une couche n (interne) est désignée par 1 lettre latine + lettre grecque
lettre latine = couche arrivée lettre grecque = couche départ
quelles sont les différentes séries de raies d’émission pour H?
série de Lyman = arrivée couche K –> émission photon dans UV
série de Balmer = arrivée couche L –> émission photon dans visible
série de Paschen = arrivée couche M
série de Brackett = arrivée couche N
comment relier la masse à l’énergie?
E = mc² masse de chaque particule élémentaire peut être convertie en énergie.
que vaut la masse d’un e- au repos?( équivalent énergétique)
équivalent énergétique de la masse de l’électron au repos = 511 keV/c²
ou se trouve l’essentiel de la masse d’un atome?
essentiel de la masse d’un atome = dans le noyau car m nucléons ~= 2000 m e-
qu’est ce qui compose la majorité de la matière?
matière composée de vide à 99.99%
comment est définie l’unité de masse atomique?
unité de masse atomique = uma= unité approprié à l’échelle des atomes et des particules.
- -> calculée de façon à ce que 12C = 12 uma
- -> masse nucléon ~= 1 uma
- -> 1 uma = 1/ N
qu’est ce que le défaut de masse?
masse noyau < a somme des masses des nucléons avant constitution du noyau.
la quantité delta m = Z Mp + Nmn - Mnoyau est appelée “défaut de masse”
comment calculer la masse d’un noyau?
M noyau = ZMp+ NMn- delta m
comment calcule-t-on l’équivalent énergétique du défaut de masse?
B = delta m.c²
a quoi correspond l’équivalent énergétique du défaut de masse?
équivalent énergétique du défaut de masse = énergie de liaison totale du noyau.
comment convertir 1 uma en MeV?
1 uma . c² = 931.5 MeV
delta m . c² = B
obtention de B à partir de delta m
que représente la quantité B/A?
B/A = énergie de liaison par nucléon
comment la stabilité d’un atome et son énergie de liaison par nucléon sont-ils liés?
plus B/A est grande, plus le noyau est stable.
selon l’énergie de liaison par nucléons, quelle est la zone des noyaux la plus stable?
zone des noyaux les plus stables = B/A entre 8 MeV et 9 MeV avec 40<a></a>
par quels mécanismes les noyaux se stabilisent-ils?
2 types de réactions nucléaires pour permettre au noyau de rejoindre zone des noyaux stables = fusion et fission nucléaire.
que nécessite la fusion nucléaire pour avoir lieu?
fusion nucléaire a besoin d’apport en énergie supérieure à B/A
+ besoin de vaincre les forces de répulsion pour amorcer la réaction
+ apport de température très élevée (>15 x 10^6 °C)
quel est le mécanisme de la fusion nucléaire?
deux noyaux atomiques légers s’assemblent pour former un noyau + lourd == fusion nucléaire –> émission de particules alpha et de nucléons.
comment s’effectue la fission nucléaire dans un réacteur nucléaire?
dans réacteur nucléaire = réaction de fission obtenue par bombardement des noyaux 235U par des neutrons lents
taille des noyau obtenus est aléatoire : toujours autour de 90-100 et l’autre autour de 130-140–> masses assymétriques
attention = conservation du nombre total de nucléons
–> énergie B excédentaire –> libération sous forme d’énergie cinétique et de photon ( 170 MeV en moyenne)
de quoi résulte la cohésion du noyau?
cohésion du noyau grace équilibre entre force nucléaire forte et force électromagnétique.
attraction de nucléons par force nucléaire forte»_space;> force EM –> repulsion entre protons.
comme noyau = neutrons + protons–> forces antagonistes peuvent coexister = neutrons = isolateurs séparant les protons
d’après le diagramme de Segré que faut-il pour que le noyau d’un élément léger soit stable?
pour éléments légers Z<20 = noyau stable si N=Z SAUF fluor 18 qui est instable ( même si N=9 et Z =9)
d’après le diagramme de Segré que faut-il pour que le noyau d’un élément lourd soit stable?
pour éléments lourds Z>20 = …….. Z augmente , rapport N/ Z augmente donc besoin d’un excès de neutrons pour stabiliser les noyaux lourds.
qu’est-ce qu’un isotone?
isotone = N = cste même nbr de neutrons / nb de protons qui varie
que sont deux nucléides avec le même Z?
isotope Z= cste même nbr de protons / c’est le nombre de neutrons qui varie.
si le nombre de masse reste identique mais que N augmente et Z diminue d’autant, qu’obtient-on?
isobare = A = cste même nbr de masse N augmente si Z diminue d’autant.
a quoi correspond un isomère?
isomères A;Z;N = cste état d’excitation varie
par quel mécanisme un noyau peut-il se désexciter?
désexcitation du noyau par 3 mécanismes en compétition
- émission d’un photon gamma
- émission d’un électron de conversion interne
- création de paire interne
en quoi consiste la désexcitation par émission de photons gamma
émission de photons gamma = énergie libérée direct sous forme de photon gamma, énergie du photon = différence d’énergie entre niveau d’énergie de départ et niveau d’énergie d’arrivée.
en quoi consiste une conversion interne?
énergie libérée transférée a un electron qui est éjecté hors de l’atome = ionisation
souvent é- d’une couche profonde K ou L suivi de réaménagement des couches électroniques –> émission de fluorescence = auger
en quoi consiste la création de paire interne?
création d’une paire interne si énergie de retour à l’état fondamental >1.022Mev –> émission paire e- + e+
position à durée de vie limitée –> parcours qq millimètres puis anhihilation entre positon et électron –< émission de deux photons de 511 keV chacun à 180°l’un de l’autre
quelle est la particule alpha?
particule alpha = noyau d’hélium
He A=4 Z=2
pour quelle sorte de noyaux s’observe la radioactivité alpha?
radioactivité alpha pour les noyaux lourdes ( Z>= 82) instable +excés de p et de n ( en dessous en haut dans diagramme Segré)
quel est l’aspect énergétique de la radioactivité alpha?
particule alpha émise avec très grandes énergies ~4 à 8 MeV
spectre énergie = spectre de raie seules quelques valeurs sont permises pour l’énergie cinétique
bilan énergétique :
mx = my+malpha+ dalta m
dans le cas d’une radioactivité alpha, sous quelle forme se trouve l’énergie libérée?
énergie libérée lors de transformation du noyau se trouve sous forme d’énergie cinétique = vitesse de la particule alpha expulsée + vitesse de recul du noyau
Ec = delta mc² = 1/2 Mv² + 1/2 mV²
M = masse noyau
m = masse particule alpha
v = vitesse recul noyau X ( faible pour masse élevée)
V = vitesse expulsion particule alpha
quelles sont les particules émises lors de la radioactivité béta -?
radioactivité béta- = emission d’une paticule + 1 antiparticule + particule béta
= e- + emission antineutrino
quelles sont les conditions pour qu’un noyau père fasse une béta-?
radioactivité bêta - quand noyau instable avec excès de neutrons ( au dessus du diagramme de Segré)
quelle force est mise en jeu lors de la radioactivité béta -?
radioactivité béta - met en jeu la force nucléaire faible puisque émission d’e- provient de la transformation spontanée d’un neutron en un proton.
quel rapport ont élément fils et élément père en radioactivité béta-?
éléments pères et fils sont des isobares
comment calculer l’énergie moyenne libérée lors d’une réaction béta- ?
radioactivité béta- libère l’énergie partagée aléatoirement entre e- et neutrinos
spectre de probabilité de la répartition de l’énergie emportée par e- = spectre continu
E max = quand e- emporte toute énergie
Emoy = E max /3
quelles sont les particules émises lors de radioactivité béta +?
béta+ émet 1 particule béta + = 1 positon + 1 neutrino –> 1 antiparticule + une particule
quelles sont les conditions pour qu’un noyau père fasse une béta + ?
noyau fait béta + si excès en proton (en dessous en bas diagramme de Segré)
quel rapport ont élément fils et élément père en radioactivité béta + ?
radioactivité béta+ produit un isobare de l’élément père
qu’arrive -t-il après une béta+ ?
effet secondaire = annihilation du positon lors d’une rencontre avec un e- –> production de 2 photons de 511 KeV émis à 180° l’ un de l’autre
quelle force est mise en jeu lors de la radioactivité béta + ?
mise en jeu de la force nucléaire faible car transformation d’un neutron émet un positon.
le spectre énergétique d’une béta + est-il continu ou de raie?
en béta + spectre d’énergie des positons est continu
quelle énergie moyenne d’un positon lors d’une béta + ?
E moy = E max / 3 en béta+
quelles sont les conditions énergétiques pour qu’une béta+ ait lieu?
pour radioactivité béta + bilan des masses atomiques doit être > a 2x la masse d’un e- au repos –> énergie de 1.022 MeV
(Mx-My) c² > 1.022 MeV
quelle est la particule émise par la capture électronique?
CE émet un neutrino
attention noyau fils = Y(A,Z-1)
quelles sont les conditions pour qu’un noyau père fasse une capture électronique?
pour CE besoin d’un noyau père avec excès de protons MAIS pas de conditions énergétiques
quel rapport ont l’élément père et l’élément fils lors d’une capture électronique?
CE produit isobare de l’élément père
avec quelle radioactivité la capture électronique est-elle en compétition?
CE en compétition avec Béta +
que se passe-t-il lors d’une capture électronique?
CE : e- d’une couche profonde est intégré au noyau ce qui permet la transformation d’un proton en neutron ensuite réarrangement couche électronique –> fluorescence ou Auger
avec quoi la radioactivité gamma est-elle en compétition?
radioactivité gamma en compétition avec conversion interne et création de paire interne.
