QCM : Interactions des rayonnements (43 questions)

Explication

Le critère indiqué est une énergie supérieure à 10 eV pour pouvoir arracher des électrons ; 8 eV reste en dessous de ce seuil. Le seuil dépassé et le seuil atteint confondent respectivement une valeur inférieure et une valeur strictement supérieure.

Explication

La cascade se déroule dans l’ordre physique, physico-chimique, chimique puis biologique, et certaines conséquences biologiques peuvent apparaître jusqu’à des dizaines d’années après. Intervertir les étapes chimiques et physico-chimiques mélange leur succession, tandis que limiter toute la cascade à quelques millisecondes néglige les délais biologiques.

Explication

La cession d’énergie à la matière peut entraîner d’abord des effets physiques, ensuite des effets chimiques, puis des effets biologiques dans la matière vivante. L’ordre chimie-physique inverse les premières étapes, et l’ordre physique-biologie-chimie omet la place intermédiaire des effets chimiques.

Explication

Un kiloélectronvolt vaut $10^3\ \mathrm{eV}$ ; ainsi, $3\ \mathrm{keV}=3\times10^3\ \mathrm{eV}$. Le facteur inverse donne une conversion dans le mauvais sens, tandis que $10^6$ correspond au mégaélectronvolt.

Explication

Le joule est l’unité SI de l’énergie, tandis que l’électronvolt est une unité pratique pour les échelles atomique et moléculaire. Inverser ces usages confond unité SI et unité adaptée aux petites énergies ; le mégaélectronvolt est un multiple de l’électronvolt, pas l’unité SI.

Explication

Quand l’énergie cédée dépasse l’énergie de liaison, l’électron est arraché : l’atome devient un ion positif et l’électron libéré forme avec lui une paire d’ions. L’excitation correspond à un électron non arraché, le transfert thermique à une énergie insuffisante pour exciter, et un ion négatif ne résulte pas de cet arrachement.

Explication

Lors d’une excitation, l’électron change de niveau sans être arraché ; l’atome revient ensuite à son état fondamental en restituant l’énergie excédentaire, par exemple sous forme de photon. L’ionisation implique un électron libre, tandis que le maintien durable à l’état excité et l’échauffement décrivent mal ce mécanisme.

Explication

Les protons sont des particules chargées : ils peuvent interagir directement par forces électriques et provoquer eux-mêmes des ionisations. Les neutrons et les photons X ou γ sont indirectement ionisants, car ils transfèrent leur énergie à des particules chargées du milieu.

Explication

Les photons X sont indirectement ionisants : ils transfèrent leur énergie à des particules chargées du milieu, notamment des électrons, qui réalisent l’essentiel des ionisations. Les électrons secondaires ne sont pas le faisceau incident, et les rayonnements directement ionisants sont des particules chargées.

Explication

Lors d’une collision, l’électron incident repousse un électron atomique et lui cède une partie de son énergie, ce qui peut exciter ou ioniser l’atome. Le rayonnement de freinage implique plutôt un noyau et l’émission d’un photon ; la collision ne correspond pas à une capture neutralisante.

Explication

Lors du rayonnement de freinage, le champ électrique du noyau positif dévie l’électron incident, qui perd de l’énergie émise sous forme d’un photon. L’électron secondaire et l’excitation correspondent aux interactions collisionnelles, tandis que le noyau ne fournit pas un proton éjecté dans ce mécanisme.

Explication

Le freinage des électrons accélérés dans l’anode produit des photons X : ce phénomène est appelé Bremsstrahlung. L’ionisation collisionnelle transfère de l’énergie à un électron atomique, tandis que les électrons secondaires et l’émission bêta moins désignent d’autres phénomènes.

Explication

Une particule alpha est un noyau d’hélium contenant deux protons et deux neutrons, et porte deux charges positives. Le noyau d’hydrogène proposé n’a pas cette composition, la charge négative est erronée et l’alpha est environ 7 300 fois plus lourd qu’un électron.

Explication

Dans l’eau ou les tissus, le parcours d’une particule alpha ne dépasse pas quelques dizaines de micromètres, et une feuille de papier ou la couche superficielle de la peau suffit à l’arrêter. Les quelques centimètres correspondent à son parcours dans l’air, tandis que les parcours plus longs évoquent les électrons.

Explication

La particule alpha produit de nombreuses ionisations sur un parcours très court : cette densité élevée est caractérisée par un TEL élevé. Un TEL faible ne correspond pas à cette forte densité, et la longueur du parcours ne se confond pas avec la densité d’ionisations.

Explication

À l’extérieur du corps, le rayonnement alpha est peu dangereux car il est arrêté par la couche superficielle de la peau. Après inhalation ou ingestion, le radionucléide dépose son énergie dans un très petit volume de tissu, ce qui crée un risque majeur de contamination interne ; l’alpha ne pénètre pas profondément depuis l’extérieur.

Explication

Dépourvu de charge, le neutron interagit avec les noyaux atomiques plutôt qu’avec les électrons du cortège. L’interaction avec les électrons du cortège attribue au neutron le comportement d’une particule chargée, tandis que les protons isolés ne sont pas la cible générale décrite.

Explication

La probabilité d’absorption est inversement proportionnelle à la vitesse : ralentir le neutron augmente sa probabilité de capture. Le neutron rapide est associé davantage à la diffusion, et la vitesse ne peut donc pas être écartée de cette relation.

Explication

Lors d’une diffusion élastique, le neutron est dévié et transfère au noyau l’énergie qu’il perd sous forme d’énergie cinétique. La capture forme un noyau instable, tandis que l’absence de transfert ou son inversion ne décrivent pas ce mécanisme.

Explication

Sous le seuil de $1\,\text{keV}$, les neutrons sont classés comme lents et peuvent être capturés par un noyau. La diffusion élastique caractérise surtout les neutrons rapides au-dessus de ce seuil; l’ionisation directe et la matérialisation ne sont pas les mécanismes associés ici.

Explication

Les photons X et gamma sont dépourvus de masse et de charge; ils peuvent subir plusieurs types d’interaction ou traverser le milieu sans interaction. Les photons ne sont pas chargés, ne sont pas nécessairement absorbés et ne ressortent pas toujours inchangés.

Explication

Les photons sont indirectement ionisants : l’essentiel des ionisations est provoqué par les électrons qu’ils mettent en mouvement. Les photons incidents transfèrent leur énergie, mais ce sont les électrons secondaires qui produisent principalement les ionisations; les noyaux et les neutrons ne constituent pas la réponse générale.

Explication

L’énergie cinétique vaut l’énergie du photon moins l’énergie de liaison : $80-20=60\,\text{keV}$. Conserver $80\,\text{keV}$ oublie la liaison; le résultat négatif inverse la soustraction, tandis que $20\,\text{keV}$ reprend l’énergie de liaison.

Explication

À énergie égale, la probabilité de l’effet photoélectrique varie approximativement comme $Z^3$, donc elle augmente fortement avec le numéro atomique. Une diminution inverse la dépendance, une dépendance à l’énergie confond deux facteurs, et l’indépendance de $Z$ néglige son rôle.

Explication

L’effet Compton met en jeu un électron de couche externe, faiblement lié et assimilable à un électron libre au repos. L’électron interne fortement lié relève d’une autre interaction, l’absorption totale ne décrit pas Compton, et le noyau n’est pas la cible de cette collision.

Explication

Lors d’un effet Compton, le photon cède une partie de son énergie à l’électron éjecté et repart dans une direction modifiée ; sa longueur d’onde augmente tandis que son énergie diminue. La disparition complète correspond à une absorption, et les variations inversées contredisent la relation entre énergie et longueur d’onde.

Explication

À 1 MeV, l’énergie est dans le domaine où l’effet Compton prédomine, et celui-ci dépend surtout du nombre d’électrons par unité de volume, voisin d’un tissu à l’autre. Le numéro atomique n’est pas son facteur principal, et le seuil de création de paires est supérieur à 1 MeV.

Explication

Dans le champ électrique d’un noyau, un photon suffisamment énergétique peut disparaître en créant un électron et un positon, qui ont des charges opposées. Un proton n’est pas créé dans cette transformation, la diffusion Compton ne produit pas cette paire, et deux positons n’ont pas des charges opposées.

Explication

La création d’une paire exige une énergie incidente supérieure à deux fois 0,511 MeV, soit 1,022 MeV ; un photon de 1,00 MeV est donc sous le seuil. 0,511 MeV est l’équivalent énergétique d’une seule masse d’électron, tandis qu’environ 18 MeV correspond à la prédominance de la matérialisation, non à son seuil.

Explication

Lorsque le positon ralenti s’annihile avec un électron du milieu, leurs masses sont converties en deux photons de 511 keV émis dans des directions opposées. L’énergie cinétique excédentaire concerne les particules avant l’annihilation, et la paire initiale ne constitue pas les produits de celle-ci.

Explication

Un photon transmis sans interaction sort du milieu avec la même énergie et la même direction ; s’il atteint le détecteur, il contribue à former l’image radiologique. Une perte d’énergie ou un changement de direction indique une interaction, tandis qu’un photon absorbé ne parvient pas au détecteur.

Explication

La radiolyse correspond à la rupture par les radiations des liaisons covalentes de H₂O, suivie de réactions qui produisent les produits de radiolyse. L’excitation seule omet la rupture et les réactions, la rupture de l’ADN confond la molécule d’eau avec la cible, et la formation d’eau inverse le processus.

Explication

L’action indirecte commence par un dépôt d’énergie dans l’eau voisine, puis les produits de radiolyse attaquent la cible. L’action directe exige un dépôt sur la cible ; l’absence d’intermédiaire et l’idée que l’eau ne participe pas contredisent le mécanisme décrit.

Explication

Pour les rayonnements à faible TEL, dont les photons X, l’action indirecte représente de l’ordre des deux tiers des lésions de l’ADN. Un tiers correspondrait à une inversion avec la part directe, tandis que la moitié ou neuf dixièmes ne sont pas les proportions indiquées.

Explication

Un radical libre se définit par un électron non apparié sur sa couche externe ; il peut être électriquement neutre ou non. Des électrons appariés ne caractérisent pas un radical, une charge négative n’est pas requise et la définition situe l’électron célibataire sur la couche externe.

Explication

OH• désigne le radical hydroxyle neutre qui possède un électron célibataire. OH⁻ est l’ion hydroxyde négatif aux électrons appariés, tandis que H₂O* est une molécule d’eau excitée ; O₂⁻ désigne une autre espèce chargée.

Explication

La notation utilisée ici place un point après le symbole du radical ; ce point représente l’électron célibataire. OH* est une variante mentionnée pour certains documents, H₂O* désigne l’eau excitée, et OH⁻ est l’ion hydroxyde.

Explication

L’excitation apporte à l’eau assez d’énergie pour l’exciter, sans arracher d’électron. L’ionisation implique l’arrachement d’un électron, la recombinaison concerne des radicaux déjà formés et la rupture homolytique décrit le partage des électrons lors d’une rupture de liaison.

Explication

Après excitation, la molécule d’eau instable se dissocie en $\mathrm{H^\bullet + OH^\bullet}$. L’ionisation produit aussi des ions, tandis que les deux autres réponses omettent ou remplacent un radical par une espèce ionique.

Explication

La réaction de l’électron avec une autre molécule d’eau forme $\mathrm{H^\bullet + OH^-}$. La paire $\mathrm{H^+ + OH^\bullet}$ provient de la dissociation de l’ion positif, et les autres choix confondent radicaux et ions.

Explication

Les radicaux libres ont une durée de vie très courte, de l’ordre de la nanoseconde à la microseconde. Les autres durées déplacent cette échelle vers des intervalles plus courts ou plus longs que celle indiquée.

Explication

La recombinaison de deux radicaux hydroxyles forme du peroxyde d’hydrogène, $\mathrm{OH^\bullet + OH^\bullet \rightarrow H_2O_2}$. L’eau résulte de la rencontre de H• et OH•, tandis que H• et H• forment du dihydrogène.

Explication

L’attaque des molécules biologiques voisines par les radicaux constitue l’action indirecte des rayonnements, et peut toucher l’ADN, les protéines ou les lipides membranaires. La recombinaison réunit des radicaux entre eux, l’ionisation concerne l’eau et le radical hydroperoxyle relève d’une réaction avec l’oxygène.