QCM : Atome et radioactivité — 27 questions

Explication

Un atome comprend un noyau formé de protons et de neutrons, ainsi qu’un cortège électronique contenant des électrons négatifs. Le noyau atomique isolé ne représente donc qu’une partie de l’atome.

Explication

Le proton porte une charge de $+1,6\times10^{-19}\,\text{C}$, tandis que le neutron est neutre et possède une masse légèrement supérieure. Confondre leurs charges conduit à attribuer à tort une charge au neutron.

Explication

La neutralité électrique exige que le nombre d’électrons égale le nombre de protons, donc l’atome contient 11 électrons. Un nombre différent créerait une charge électrique nette.

Explication

Un élément chimique regroupe les espèces caractérisées par le même numéro atomique $Z$. Des espèces ayant le même nombre de neutrons ou la même masse peuvent appartenir à des éléments différents.

Explication

Le numéro atomique $Z$ est égal au nombre de protons du noyau, soit $8$ dans ce cas. La somme des protons et des neutrons donne le nombre de masse $A$, ici égal à $18$.

Explication

Le nombre de masse $A$ est la somme des nucléons, donc $A=6+8=14$. La valeur $6$ correspond au numéro atomique, car elle indique le nombre de protons.

Explication

La configuration électronique indique comment les électrons sont répartis dans les différentes couches autour du noyau. Elle ne décrit donc ni la composition nucléaire ni la masse totale du noyau.

Explication

Des isotopes possèdent le même nombre de protons, donc le même numéro atomique, mais des nombres de neutrons différents et ainsi des nombres de masse différents. Des numéros atomiques différents correspondent à des éléments chimiques différents.

Explication

Les deux noyaux ont le même numéro atomique, tandis que le carbone 14 possède deux neutrons de plus que le carbone 12 et est instable. Le carbone 12 est stable, ce qui contredit l’idée que le carbone 14 serait l’isotope stable.

Explication

L’iode 131 est employé en radiothérapie, alors que l’iode 123 sert à la scintigraphie. Ces deux usages médicaux correspondent à des applications différentes des radioisotopes.

Explication

Les noyaux isotopes ont les mêmes propriétés chimiques et biochimiques, ce qui permet au radioisotope d’être métabolisé comme l’isotope stable. Leur nombre de neutrons et leur nombre de masse peuvent toutefois être différents.

Explication

La radioactivité correspond à la désintégration spontanée d’un noyau instable, généralement accompagnée de l’émission d’une particule et parfois d’un rayonnement. La fusion de noyaux légers relève d’un autre processus nucléaire.

Explication

Pour les noyaux lourds, la stabilité s’établit avec un excès de neutrons par rapport aux protons, soit $N > Z$. La relation $N = Z$ caractérise plutôt approximativement les noyaux légers lorsque $Z < 20$.

Explication

Un noyau situé au-dessus de la bande de stabilité possède un excès de neutrons et peut convertir un neutron en proton par désintégration $\beta^-$. La transformation proton-neutron correspond à un noyau situé au-dessous de cette bande.

Explication

L’excès de protons est corrigé par la transformation d’un proton en neutron, accompagnée de l’émission d’un rayonnement $\beta^+$. La désintégration $\beta^-$ augmente au contraire le nombre de protons.

Explication

Une équation de réaction nucléaire conserve le nombre total de nucléons $A$ ainsi que le nombre total de charges nucléaires $Z$. Le nombre de protons d’un noyau individuel peut changer lors d’une désintégration bêta.

Explication

Une désintégration alpha émet un noyau d’hélium $^{4}_{2}He$, ce qui réduit le nombre de masse de 4 et le numéro atomique de 2. Les autres équations décrivent respectivement une désintégration $\beta^-$, une désintégration $\beta^+$ et une capture électronique.

Explication

Le rayonnement alpha possède un fort pouvoir ionisant mais une faible pénétration ; quelques décimètres d’air, du papier ou l’épiderme peuvent l’arrêter. Les protections épaisses sont davantage associées aux rayonnements très pénétrants.

Explication

Dans une désintégration $\beta^-$, le noyau suit $^{A}_{Z}X \rightarrow ^{A}_{Z+1}Y + ^{0}_{-1}e$ : $A$ reste constant et $Z$ augmente d’une unité. La diminution de $Z$ avec émission d’un positon correspond à la désintégration $\beta^+$.

Explication

Lors d’une émission gamma, le noyau excité perd de l’énergie en émettant un photon, sans changement de $A$ ni de $Z$. Une émission alpha ou bêta modifie en revanche la composition du noyau.

Explication

Lors d’une capture électronique, un électron de la couche K est capturé et la vacance créée entraîne une réorganisation électronique accompagnée de photons de fluorescence X. Cette fluorescence ne provient pas de l’émission d’un positon, qui caractérise plutôt la désintégration $\beta^+$.

Explication

Le nombre de noyaux restants diminue selon une exponentielle décroissante, donnée par $N(t)=N_0\times e^{-\lambda t}$. L’expression $A(t)$ décrirait l’activité, c’est-à-dire le nombre de désintégrations par seconde, et non le nombre de noyaux présents.

Explication

Le temps de demi-vie est la durée au terme de laquelle la moitié des noyaux initialement présents s’est désintégrée. Il ne désigne donc ni la disparition complète des noyaux ni une durée associée à une seule désintégration.

Explication

La demi-vie est reliée à la constante radioactive par $t_{1/2}=\frac{\ln 2}{\lambda}$. La multiplier par $\ln 2$ ou inverser le rapport ne respecte pas cette relation physique.

Explication

L’activité correspond au nombre moyen de désintégrations produites chaque seconde et s’exprime en becquerels. Le nombre de noyaux restants est noté $N$, ce qui constitue une grandeur différente.

Explication

Un becquerel correspond à une désintégration par seconde, ce qui définit l’unité de l’activité radioactive. La seconde mesure une durée et ne constitue pas, à elle seule, une unité d’activité.

Explication

L’activité décroît exponentiellement selon $A(t)=A_0\times e^{-\lambda t}$, avec $A_0=\lambda\times N_0$. Une exponentielle croissante ne correspond pas à la diminution de l’activité radioactive au cours du temps.