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PACES Physique > structure de la matière stabilité nucléaire transformations radioactives > Flashcards

structure de la matière stabilité nucléaire transformations radioactives Flashcards

1
Q

de quoi est formé un noyau?

A 
atome = noyau ( nucléon:protons+neutrons) + électrons
noyau = chargé +  électrons chargés -
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Q

quelle est la charge électrique d’un atome?

A

atome neutre car autant de + ( protons) que de -(électrons)

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3
Q

par quoi est caractérisé un nucléide?

A

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
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4
Q

combien existe-t-il d’éléments naturels?

A

90 élements naturels certains stables + 9 radioactifs

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5
Q

combien y a -t-il d’éléments artificiels?

A

25 éléments artificiels = les plus lourds

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6
Q

dans quel état se trouve la plupart des éléments?

A

la plupart des élements sont à l’état solide

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7
Q

combien existe-t-il de nucléides artificiels et naturels?

A

en comptant les isotopes ( même Z mais N différents) –> 2000 nucléides artificiels et naturels

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8
Q

quelles sont les charges des particules atomiques?

A

charge e- = -1.6 x 10^-9 C
charge p+ = - e- = +1.6x10^-9 C
charge n° = OC

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9
Q

comment comparer les masses des particules atomiques?

A

me «< mp ou mn

mp ~2000 me et mp ~mn

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10
Q

combien existe-t-il de particules élémentaires de la matière?

A

12 particules élémentaires de la matière en 2 familles les leptons et les quarks
6 dans chaque famille

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11
Q

quels sont les leptons?

A

leptons:
électron( charge-) / neutrino de l’électron (charge0)
muon / neutrino du muon
tau / neutrino du tau

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12
Q

quels sont les quarks?

A

up(u) / down(d)
charge +213e) charge - 213e
cham / strange
top / bottom

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13
Q

quelles sont mes particules de la matière ordinaire?quel pourcentage de la matière de l’univers représentent-elles?

A

electron + neutrino de l’electron +up + down = matière ordinaire =matière baryonique = 5% de la matière de l’univers

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14
Q

quand peut on observer des particules autres que celles de la matière ordinaire?

A

observation des autres particules quand collisions dans accélérateurs de particules

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15
Q

comment s’assemblent les quark?

A

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)

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16
Q

qu’est-ce qu’une anti particule?

A

chaque particule possède une antiparticule de même masse MAIS charge opposée –> particule miroir.

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17
Q

que se passe-t-il quand une particule rencontre son anti particule?

A

rencontre particule -antiparticule provoque annihilation avec production d’énergie pure sous forme de paire de photons

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18
Q

qu’est-ce qu’un position?

A

positon = antiparticule de l’électron –> même masse de e- et même charge que proton

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19
Q

quels sont les 4 types d’interactions existant entre les particules? quels couplages assurent-elles?

A

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)

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20
Q

qu’observons nous par rapport à la portée et l’intensité de la force gravitationnelle?.

A

force gravitationnelle a intensité tres inférieure aux trois autres forces mais sa portée est illimitée

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21
Q

dans modèle de Borh comment calculer un niveau d’énergie En d’une couche électronique?

A 
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
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22
Q

qu’est-ce que l’énergie de liaison Wn? comment le calculer.?

A

énergie de liaison = Wn = -En = energie à fournir à l’atome pour éjecter électron de la couche n hors de l’atome

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23
Q

ou se situent les e- à l’état fondamental? ( sur quelles couches électroniques?)

A

état fondamental = état d’énergie où atome est le plus stable –> tous les é- sont sur les niveaux d’énergie les plus bas

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24
Q

un e- est-il fixé à sa couche électronique?

A

un e- n’est pas fixé a sa couche électronique –> possibilité de transition électronique

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25
Q

comment se font les échanges d’énergie lors de transition électrique?

A

le échanges d’énergie se font sous influence de la force électromagnétique et peuvent être ………. par E = h nu

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26
Q

que faut-il pour arracher un e- à un atome?

A

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

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27
Q

que se passe-t-il lorsqu’un électron libre est capté par un atome?

A

quand e- libre capté par un atome –> libération d’énergie équivalente à l’énergie de liaison de la couche d’accueil

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28
Q

comment la structure électronique d’un atome peut-elle s’altérer?

A

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

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29
Q

qu’est- ce que l’excitation d’un atome?

A

excitation = passage d’un e- de couche n vers une couche p ( >n) –> énergie a fournir = Wn - Wp

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30
Q

a quoi correspond l’ionisation d’un atome?

A

ionisation = éjection d’un e- de couche n hors de l’atome –> énergie à fournir > ou = Wn

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31
Q

a quoi ressemble l’atome d’hydrogène à l’état fondamental?

A

état fondamental = l’électron de l’atome d’hydrogène occupe le niveau d’énergie n=1

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32
Q

comment sont calculés les niveaux d’énergie de l’electron de H?

A

En (eV)= -13.6 /n² –> énergie de la couche K de H vaut donc 13.6 eV

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33
Q

quel est le bilan énergétique d’une transition d’une couche n1 vers n2 sur l’atome d’H?

A

l delta E l = 13.6 [ 1/n1² - 1/n2² ]

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34
Q

quels sont les deux mécanismes permettant la désexcitation d’un atome( = retour a état fondamental?)

A

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.

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35
Q

qu’est-ce que la désexcitation par fluorence?

A

désexcitation par fluorescence = émission d’un photonX de fluorescence–> E photon X = h nu = Wn_Wp

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36
Q

comment se fait l’effet Auger?

A

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

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37
Q

quand observons nous des transitions en cascade?

A

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.

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38
Q

dans quelles conditions l’effet auger est plus probable que la fluorescence?

A

si element léger (Z<20) auger + probable que fluorescence

–> dans tissus bio , plutot des effets auger avec libération d’e-

39
Q

dans quelles conditions la fluorescence est plus probable que l’effet auger?

A

si élément lourd (z>20) fluorescence + probable que auger

40
Q

comment se fait la désexcitation de l’atome H?

A

pour H comme Z=1 –> un seul e- donc désexcitation ne peut se faire que par fluorescence.

41
Q

comment nomme -t-on les raies d’émission de l’H?

A

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

42
Q

quelles sont les différentes séries de raies d’émission pour H?

A

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

43
Q

comment relier la masse à l’énergie?

A

E = mc² masse de chaque particule élémentaire peut être convertie en énergie.

44
Q

que vaut la masse d’un e- au repos?( équivalent énergétique)

A

équivalent énergétique de la masse de l’électron au repos = 511 keV/c²

45
Q

ou se trouve l’essentiel de la masse d’un atome?

A

essentiel de la masse d’un atome = dans le noyau car m nucléons ~= 2000 m e-

46
Q

qu’est ce qui compose la majorité de la matière?

A

matière composée de vide à 99.99%

47
Q

comment est définie l’unité de masse atomique?

A

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
48
Q

qu’est ce que le défaut de masse?

A

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”

49
Q

comment calculer la masse d’un noyau?

A

M noyau = ZMp+ NMn- delta m

50
Q

comment calcule-t-on l’équivalent énergétique du défaut de masse?

A

B = delta m.c²

51
Q

a quoi correspond l’équivalent énergétique du défaut de masse?

A

équivalent énergétique du défaut de masse = énergie de liaison totale du noyau.

52
Q

comment convertir 1 uma en MeV?

A

1 uma . c² = 931.5 MeV
delta m . c² = B
obtention de B à partir de delta m

53
Q

que représente la quantité B/A?

A

B/A = énergie de liaison par nucléon

54
Q

comment la stabilité d’un atome et son énergie de liaison par nucléon sont-ils liés?

A

plus B/A est grande, plus le noyau est stable.

55
Q

selon l’énergie de liaison par nucléons, quelle est la zone des noyaux la plus stable?

A

zone des noyaux les plus stables = B/A entre 8 MeV et 9 MeV avec 40<a></a>

56
Q

par quels mécanismes les noyaux se stabilisent-ils?

A

2 types de réactions nucléaires pour permettre au noyau de rejoindre zone des noyaux stables = fusion et fission nucléaire.

57
Q

que nécessite la fusion nucléaire pour avoir lieu?

A

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)

58
Q

quel est le mécanisme de la fusion nucléaire?

A

deux noyaux atomiques légers s’assemblent pour former un noyau + lourd == fusion nucléaire –> émission de particules alpha et de nucléons.

59
Q

comment s’effectue la fission nucléaire dans un réacteur nucléaire?

A

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)

60
Q

de quoi résulte la cohésion du noyau?

A

cohésion du noyau grace équilibre entre force nucléaire forte et force électromagnétique.
attraction de nucléons par force nucléaire forte&raquo_space;> force EM –> repulsion entre protons.
comme noyau = neutrons + protons–> forces antagonistes peuvent coexister = neutrons = isolateurs séparant les protons

61
Q

d’après le diagramme de Segré que faut-il pour que le noyau d’un élément léger soit stable?

A

pour éléments légers Z<20 = noyau stable si N=Z SAUF fluor 18 qui est instable ( même si N=9 et Z =9)

62
Q

d’après le diagramme de Segré que faut-il pour que le noyau d’un élément lourd soit stable?

A

pour éléments lourds Z>20 = …….. Z augmente , rapport N/ Z augmente donc besoin d’un excès de neutrons pour stabiliser les noyaux lourds.

63
Q

qu’est-ce qu’un isotone?

A

isotone = N = cste même nbr de neutrons / nb de protons qui varie

64
Q

que sont deux nucléides avec le même Z?

A

isotope Z= cste même nbr de protons / c’est le nombre de neutrons qui varie.

65
Q

si le nombre de masse reste identique mais que N augmente et Z diminue d’autant, qu’obtient-on?

A

isobare = A = cste même nbr de masse N augmente si Z diminue d’autant.

66
Q

a quoi correspond un isomère?

A

isomères A;Z;N = cste état d’excitation varie

67
Q

par quel mécanisme un noyau peut-il se désexciter?

A

désexcitation du noyau par 3 mécanismes en compétition

  • émission d’un photon gamma
  • émission d’un électron de conversion interne
  • création de paire interne
68
Q

en quoi consiste la désexcitation par émission de photons gamma

A

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.

69
Q

en quoi consiste une conversion interne?

A

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

70
Q

en quoi consiste la création de paire interne?

A

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

71
Q

quelle est la particule alpha?

A

particule alpha = noyau d’hélium

He A=4 Z=2

72
Q

pour quelle sorte de noyaux s’observe la radioactivité alpha?

A

radioactivité alpha pour les noyaux lourdes ( Z>= 82) instable +excés de p et de n ( en dessous en haut dans diagramme Segré)

73
Q

quel est l’aspect énergétique de la radioactivité alpha?

A

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

74
Q

dans le cas d’une radioactivité alpha, sous quelle forme se trouve l’énergie libérée?

A

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

75
Q

quelles sont les particules émises lors de la radioactivité béta -?

A

radioactivité béta- = emission d’une paticule + 1 antiparticule + particule béta
= e- + emission antineutrino

76
Q

quelles sont les conditions pour qu’un noyau père fasse une béta-?

A

radioactivité bêta - quand noyau instable avec excès de neutrons ( au dessus du diagramme de Segré)

77
Q

quelle force est mise en jeu lors de la radioactivité béta -?

A

radioactivité béta - met en jeu la force nucléaire faible puisque émission d’e- provient de la transformation spontanée d’un neutron en un proton.

78
Q

quel rapport ont élément fils et élément père en radioactivité béta-?

A

éléments pères et fils sont des isobares

79
Q

comment calculer l’énergie moyenne libérée lors d’une réaction béta- ?

A

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

80
Q

quelles sont les particules émises lors de radioactivité béta +?

A

béta+ émet 1 particule béta + = 1 positon + 1 neutrino –> 1 antiparticule + une particule

81
Q

quelles sont les conditions pour qu’un noyau père fasse une béta + ?

A

noyau fait béta + si excès en proton (en dessous en bas diagramme de Segré)

82
Q

quel rapport ont élément fils et élément père en radioactivité béta + ?

A

radioactivité béta+ produit un isobare de l’élément père

83
Q

qu’arrive -t-il après une béta+ ?

A

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

84
Q

quelle force est mise en jeu lors de la radioactivité béta + ?

A

mise en jeu de la force nucléaire faible car transformation d’un neutron émet un positon.

85
Q

le spectre énergétique d’une béta + est-il continu ou de raie?

A

en béta + spectre d’énergie des positons est continu

86
Q

quelle énergie moyenne d’un positon lors d’une béta + ?

A

E moy = E max / 3 en béta+

87
Q

quelles sont les conditions énergétiques pour qu’une béta+ ait lieu?

A

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

88
Q

quelle est la particule émise par la capture électronique?

A

CE émet un neutrino

attention noyau fils = Y(A,Z-1)

89
Q

quelles sont les conditions pour qu’un noyau père fasse une capture électronique?

A

pour CE besoin d’un noyau père avec excès de protons MAIS pas de conditions énergétiques

90
Q

quel rapport ont l’élément père et l’élément fils lors d’une capture électronique?

A

CE produit isobare de l’élément père

91
Q

avec quelle radioactivité la capture électronique est-elle en compétition?

A

CE en compétition avec Béta +

92
Q

que se passe-t-il lors d’une capture électronique?

A

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

93
Q

avec quoi la radioactivité gamma est-elle en compétition?

A

radioactivité gamma en compétition avec conversion interne et création de paire interne.

PACES Physique (3 decks)

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