QCM : Éléments chimiques et radioactivité (19 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quels éléments constituent principalement la Terre ?

L’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’azote
L’oxygène, l’hydrogène, le fer et le silicium
L’oxygène, le magnésium, le fer et l’hélium
L’oxygène, le magnésium, le fer et le silicium

L’oxygène, le magnésium, le fer et le silicium

Explication

La Terre est surtout composée d’oxygène, de magnésium, de fer et de silicium. L’hydrogène, le carbone et l’azote caractérisent plutôt les êtres vivants, tandis que l’hydrogène et l’hélium dominent dans l’Univers.

2. Une analyse porte sur les éléments majoritaires dans les êtres vivants. Quel groupe doit-elle mettre en évidence ?

L’hydrogène, l’oxygène, le fer et l’azote
L’oxygène, le magnésium, le fer et le silicium
L’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’hélium
L’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’azote

L’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’azote

Explication

Les êtres vivants sont surtout composés d’hydrogène, d’oxygène, de carbone et d’azote. Le groupe avec magnésium, fer et silicium correspond à la Terre ; le fer ou l’hélium remplace à tort un élément caractéristique des êtres vivants.

3. Dans une étoile, des noyaux d’hydrogène donnent lieu à des réactions de fusion qui produisent des éléments plus lourds, jusqu’au fer. Quel processus décrit cette transformation ?

La nucléosynthèse stellaire
La fission stellaire
La formation des premiers noyaux
La nucléosynthèse primordiale

La nucléosynthèse stellaire

Explication

La nucléosynthèse stellaire forme, par fusion dans les étoiles, des éléments plus lourds à partir de noyaux d’hydrogène, du carbone au fer. La nucléosynthèse primordiale concerne les premiers noyaux ; la fission et une formation hors des étoiles ne décrivent pas le processus indiqué.

4. Lors d’une réaction nucléaire, quelle propriété est conservée tandis que de grandes quantités d’énergie thermique sont libérées ?

Le nombre de nucléons et le nombre de protons
Le nombre de nucléons et le nombre d’électrons
Le nombre de protons et le nombre de neutrons séparément
Le nombre d’atomes et leur configuration électronique

Le nombre de nucléons et le nombre de protons

Explication

Une réaction nucléaire conserve le nombre total de nucléons et le nombre total de protons, tout en libérant de grandes quantités d’énergie thermique. La conservation des électrons ne définit pas cette règle, et les nombres de protons et de neutrons ne sont pas conservés séparément.

5. Dans une étoile, deux noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd : de quel type de réaction s’agit-il ?

Une fusion nucléaire
Une réaction chimique
Une désintégration radioactive
Une fission nucléaire

Une fusion nucléaire

Explication

La fusion consiste à unir deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd. La fission correspond au contraire à la scission d’un noyau lourd, tandis que la radioactivité est une transformation spontanée d’un noyau instable.

6. Un neutron frappe un noyau lourd, qui se scinde en deux noyaux plus légers : quelle réaction a eu lieu ?

Une ionisation de l’atome
Une désintégration radioactive spontanée
Une fission nucléaire
Une fusion nucléaire

Une fission nucléaire

Explication

La fission est la scission d’un noyau lourd en noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron. La fusion unit des noyaux légers, et la radioactivité désigne une transformation spontanée d’un noyau instable.

7. Quel phénomène caractérise la radioactivité ?

La transformation spontanée d’un atome par modification de ses électrons avec émission de lumière
La transformation provoquée d’un noyau stable en un autre noyau sans émission de rayonnement
La transformation d’un noyau instable en noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron
La transformation spontanée d’un noyau instable en un autre noyau avec émission d’un rayonnement

La transformation spontanée d’un noyau instable en un autre noyau avec émission d’un rayonnement

Explication

La radioactivité est la transformation spontanée d’un noyau instable en un autre noyau, accompagnée de l’émission d’un rayonnement. Une transformation provoquée ou une modification des électrons ne correspond pas à cette définition.

8. Deux échantillons du même type de noyau radioactif sont placés dans des conditions différentes : de quoi dépend le phénomène radioactif ?

Des conditions ambiantes, qui déterminent le rythme des désintégrations
De l’environnement chimique, qui choisit les noyaux qui se désintègrent
Du nombre initial de noyaux, qui fixe le devenir de chaque noyau
Du type de noyau radioactif, le phénomène étant aléatoire et inéluctable

Du type de noyau radioactif, le phénomène étant aléatoire et inéluctable

Explication

La radioactivité est aléatoire et inéluctable, et elle ne dépend que du type de noyau radioactif. Les conditions ambiantes ou la quantité initiale ne déterminent pas le phénomène au niveau d’un noyau individuel.

9. Un échantillon contient initialement 800 noyaux radioactifs ; après quelle durée, définie par la demi-vie, la moitié de ces noyaux s’est-elle désintégrée ?

Après la durée au terme de laquelle 400 noyaux restent radioactifs
Après la durée au terme de laquelle les 800 noyaux se sont désintégrés
Après la durée au terme de laquelle un noyau individuel s’est désintégré
Après la durée au terme de laquelle 400 noyaux se sont désintégrés

Après la durée au terme de laquelle 400 noyaux se sont désintégrés

Explication

La demi-vie est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs initiaux se sont désintégrés : ici, 400 sur 800. La quantité restante est alors également 400, mais la définition porte sur la moitié désintégrée.

10. Pour estimer l’âge d’un vestige contenant du carbone 14, quelle durée faut-il associer à une demi-vie de cet isotope ?

710 millions d’années
57 300 ans
5730 ans
1600 ans

5730 ans

Explication

La demi-vie du carbone 14 est de 5730 ans. La valeur de 1600 ans correspond au radium 226, celle de 710 millions d’années à l’uranium 235, et 57 300 ans représente une erreur de facteur dix.

11. Un échantillon contient initialement 16001600 noyaux radioactifs. Combien en reste-t-il après 44 demi-vies ?

5050 noyaux
200200 noyaux
100100 noyaux
400400 noyaux

$$100$$ noyaux

Explication

Après nn demi-vies, il reste N0/2nN_0/2^n : ici, 1600/24=1600/16=1001600/2^4=1600/16=100 noyaux. 400400 correspond à deux demi-vies, 200200 à trois, et 5050 à cinq.

12. Quelle forme décrit l’évolution du nombre de noyaux radioactifs au cours du temps ?

Une courbe exponentielle décroissante
Une courbe périodique décroissante
Une courbe linéaire décroissante
Une courbe exponentielle croissante

Une courbe exponentielle décroissante

Explication

La désintégration radioactive suit une loi représentée par une courbe exponentielle décroissante. Une évolution linéaire n’est pas exponentielle, une croissance augmente la population et une évolution périodique se répète.

13. Un archéologue analyse un organisme mort depuis longtemps en mesurant le carbone 14 encore présent. Quelle information cette mesure permet-elle d’estimer grâce à la courbe de décroissance ?

L’âge de la roche entourant l’organisme
La quantité future de carbone 14 dans l’organisme
Le temps écoulé depuis la mort de l’organisme
La durée de vie totale de l’organisme

Le temps écoulé depuis la mort de l’organisme

Explication

La datation au carbone 14 utilise la décroissance radioactive pour estimer le temps écoulé depuis la mort d’un organisme. L’âge de la roche, la durée de vie de l’organisme et une quantité future ne sont pas la grandeur recherchée par cette méthode.

14. Une radiologue réalise un examen impliquant une substance radioactive injectée à un patient. Quel équipement contribue à la protéger des rayonnements ?

Un tablier de plomb
Un conteneur spécialisé pour déchets
Un dosimètre porté sur soi
Une chambre aux murs de plomb

Un tablier de plomb

Explication

Le tablier de plomb est une tenue adaptée qui protège les professionnels des rayonnements en radiologie. Le dosimètre mesure la dose reçue, la chambre de plomb sert à isoler un patient traité et le conteneur concerne les déchets.

15. Un technicien exposé aux rayonnements ionisants doit connaître la quantité de radiations qu’il a reçue. Quel instrument doit-il porter ?

Un dosimètre indiquant la dose en millisieverts
Un conteneur isolant les déchets radioactifs
Un tablier de plomb limitant l’exposition
Un détecteur surveillant une source radioactive

Un dosimètre indiquant la dose en millisieverts

Explication

Le dosimètre mesure la quantité de radiations reçues par un professionnel, exprimée en millisieverts. Le tablier protège, tandis qu’un détecteur de source ou un conteneur de déchets ne remplit pas cette fonction de suivi individuel.

16. Sur cinq années consécutives, un professionnel reçoit chaque année une dose de 1818 mSv. Quelle conclusion respecte la limite moyenne d’exposition indiquée ?

La dose cumulée de 90 mSv dépasse une limite de 20 mSv sur cinq ans
La moyenne de 18 mSv par an respecte la limite de 20 mSv
La moyenne de 18 mSv par an dépasse la limite de 20 mSv
La moyenne de 18 mSv par an dépasse le plafond annuel de 50 mSv

La moyenne de 18 mSv par an respecte la limite de 20 mSv

Explication

La dose limite est de 20 mSv par an en moyenne sur cinq années consécutives : une moyenne de 18 mSv la respecte. Le total de 90 mSv ne se compare pas directement à une limite cumulée de 20 mSv, et 50 mSv est le plafond d’une seule année.

17. Un professionnel reçoit une dose de 5252 mSv au cours d’une année, même si sa moyenne sur cinq années reste inférieure à 2020 mSv par an. Quelle règle est dépassée ?

Le seuil moyen de 20 mSv pour une seule année
La limite moyenne de 20 mSv par an sur cinq ans
Le plafond de 50 mSv pour une seule année
La limite cumulée de 50 mSv sur cinq années

Le plafond de 50 mSv pour une seule année

Explication

La dose maximale d’exposition pour une seule année ne doit pas dépasser 50 mSv : 52 mSv franchit donc ce plafond. La moyenne sur cinq ans est une règle distincte et ne remplace pas la limite applicable à une année donnée.

18. Quelle répartition décrit le mieux les atomes de l’Univers ?

L’hydrogène et l’hélium dominent, avec près de 92 % des atomes en hydrogène
L’hélium représente près de 92 % des atomes
Les éléments plus lourds que l’hélium dominent
L’oxygène, le magnésium, le fer et le silicium dominent

L’hydrogène et l’hélium dominent, avec près de 92 % des atomes en hydrogène

Explication

L’Univers est principalement constitué d’hydrogène et d’hélium, et l’hydrogène représente près de 92 % de ses atomes. Les éléments oxygène, magnésium, fer et silicium caractérisent surtout la composition de la Terre, tandis que les deux autres réponses attribuent à tort la forte proportion à l’hélium ou aux éléments lourds.

19. Lors de la formation des premiers noyaux, quelles particules réagissent au cours de la nucléosynthèse primordiale ?

Des neutrons et des protons
Des électrons et des protons
Des noyaux d’hélium et de lithium
Des noyaux d’hydrogène dans une étoile

Des neutrons et des protons

Explication

La nucléosynthèse primordiale met en jeu des nucléons, c’est-à-dire des neutrons et des protons, qui forment les premiers noyaux d’hydrogène, d’hélium et de lithium. Les électrons ne sont pas des nucléons, la formation dans une étoile relève de la nucléosynthèse stellaire et les noyaux d’hélium ou de lithium sont des produits, non les particules initiales.

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Quels éléments composent surtout la Terre ?

L’oxygène, le magnésium, le fer et le silicium.

Quels éléments composent surtout les êtres vivants ?

L’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’azote.

Quels éléments la nucléosynthèse stellaire forme-t-elle ?

Des éléments allant du carbone au fer.

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