QCM : Introduction à la radioactivité et désintégration nucléaire — 14 questions

Questions et réponses du QCM

1. Deux noyaux sont dits isotopes lorsqu’ils ont quoi en commun ?

Le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent
Le même nombre de neutrons mais un nombre de protons différent
Le même nombre de nucléons et de charges électriques
Le même nombre de masse et un symbole chimique différent

Le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent

Explication

Des isotopes appartiennent au même élément, donc ils ont le même Z, mais ils diffèrent par le nombre de neutrons. A peut donc changer.

2. Dans quelle situation un rayonnement gamma est-il émis ?

Quand le noyau père perd directement quatre nucléons
Quand un noyau stable devient plus léger sans changement d’énergie
Quand le noyau fils est dans un état excité et retourne à l’état fondamental
Quand le noyau gagne un proton sans émission de particule

Quand le noyau fils est dans un état excité et retourne à l’état fondamental

Explication

Le rayonnement gamma accompagne le retour d’un noyau excité vers son état fondamental. Il ne modifie pas A ni Z.

3. Comment évolue en général la vallée de stabilité pour les noyaux lourds ?

Elle reste confondue avec la droite Z = N pour tous les noyaux
Elle disparaît dès que Z dépasse 20
Elle se déplace vers des noyaux avec plus de protons que de neutrons
Elle s’éloigne de la droite Z = N et les noyaux stables ont plus de neutrons que de protons

Elle s’éloigne de la droite Z = N et les noyaux stables ont plus de neutrons que de protons

Explication

Pour Z supérieur à 20, les noyaux stables se trouvent avec davantage de neutrons que de protons. La proximité de Z = N ne vaut surtout que pour les noyaux légers.

4. Lors d’une désintégration bêta moins, quelle transformation du noyau a lieu ?

Le nombre de masse reste constant et Z diminue de 1
Le nombre de masse reste constant et Z augmente de 1
Le nombre de masse diminue de 4 et Z diminue de 2
Le nombre de masse augmente de 1 et Z diminue de 1

Le nombre de masse reste constant et Z augmente de 1

Explication

En bêta moins, le noyau émet un électron et le numéro atomique augmente d’une unité, tandis que A reste inchangé. C’est l’inverse du comportement en bêta plus.

5. Quelle écriture correspond à une désexcitation gamma ?

^A_ZX → ^{A-4}_{Z-2}Y + ^4_2He
^A_ZY* → ^A_ZY + γ
^A_ZX → ^A_{Z+1}Y + ^0_{-1}e
^A_ZX → ^A_{Z-1}Y + ^0_{+1}e

^A_ZY* → ^A_ZY + γ

Explication

La désexcitation gamma correspond au passage de l’état excité Y* à l’état fondamental Y avec émission d’un photon gamma. Les autres propositions décrivent des désintégrations alpha ou bêta.

6. Quelle relation relie l’activité au nombre de noyaux restants ?

A(t) = N(t)/λ
A(t) = λN(t)
A(t) = dN(t)/dt
A(t) = -N(t)

A(t) = λN(t)

Explication

Comme A(t) = -dN/dt et que dN/dt = -λN(t), on obtient A(t) = λN(t). L’activité est donc proportionnelle au nombre de noyaux restants.

7. Quelle forme prend la solution de la loi de décroissance radioactive ?

N(t) = N0 e^{-λt}
N(t) = N0 + λt
N(t) = N0 / t
N(t) = λN0 e^{t}

N(t) = N0 e^{-λt}

Explication

La solution intégrée de l’équation différentielle est une exponentielle décroissante. Elle montre que N(t) tend vers 0 quand le temps augmente.

8. À quoi correspond la constante de temps τ d’un noyau radioactif ?

À la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux se désintègrent
À l’inverse de la constante radioactive λ
À la durée pour laquelle il reste exactement 50 % des noyaux
À la valeur de l’activité initiale de l’échantillon

À l’inverse de la constante radioactive λ

Explication

La constante de temps est définie par τ = 1/λ. À t = τ, il reste environ 0,37 N0, ce qui est différent de la demi-vie.

9. Quelle relation donne la demi-vie en fonction de la constante radioactive λ ?

t1/2 = λ/ln(2)
t1/2 = ln(2)/λ
t1/2 = 2/λ
t1/2 = 1/λ²

t1/2 = ln(2)/λ

Explication

La demi-vie est la durée au bout de laquelle le nombre de noyaux est divisé par deux, ce qui conduit à t1/2 = ln(2)/λ. Elle n’est pas égale à τ.

10. Que peut-on conclure pour les noyaux ayant Z supérieur à 83 ?

Tous ces noyaux sont des isotopes de l’uranium
Ils sont forcément stables s’ils ont assez de neutrons
Aucun noyau n’y est stable
Ils se trouvent sur la première bissectrice du diagramme (N,Z)

Aucun noyau n’y est stable

Explication

Le cours indique qu’au-delà de Z = 83, aucun noyau n’est stable. Les noyaux lourds de cette zone sont donc radioactifs.

11. Quelle équation différentielle décrit la décroissance radioactive du nombre de noyaux restants ?

dN(t)/dt = -N(t)/λ
dN(t)/dt = -λN(t)
dN(t)/dt = λ/N(t)
dN(t)/dt = λt

dN(t)/dt = -λN(t)

Explication

La décroissance radioactive est proportionnelle au nombre de noyaux encore présents, d’où dN/dt = -λN. Le signe moins traduit la diminution de N au cours du temps.

12. Quelle loi impose la conservation du nombre de nucléons et de la charge électrique lors d’une réaction nucléaire ?

La loi de Soddy
La loi de Coulomb
La loi d’Avogadro
La loi de Newton

La loi de Soddy

Explication

La loi de Soddy affirme que le nombre de nucléons et la charge électrique se conservent pendant une réaction nucléaire. Les autres lois ne portent pas sur ces bilans nucléaires.

13. Dans la notation nucléaire AZX, que représente le nombre A ?

Le nombre de neutrons du noyau
Le symbole chimique de l’élément
Le nombre total de nucléons du noyau
Le nombre de protons du noyau

Le nombre total de nucléons du noyau

Explication

Le nombre de masse A correspond au nombre total de nucléons, c’est-à-dire protons et neutrons. Le numéro atomique Z, lui, donne le nombre de protons.

14. Que représente l’activité d’un échantillon radioactif ?

L’énergie libérée par une seule désintégration
Le nombre de désintégrations par unité de temps
Le nombre de neutrons par noyau
La masse totale des noyaux présents

Le nombre de désintégrations par unité de temps

Explication

L’activité est définie comme le nombre de désintégrations par unité de temps. Son unité est le becquerel, qui vaut une désintégration par seconde.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 14 flashcards sur Introduction à la radioactivité et désintégration nucléaire.

Composition du noyau — éléments ?

Protons et neutrons

Stabilité — définition ?

Noyau qui ne se désintègre pas spontanément

Loi de Soddy — conservation ?

Conserve nucléons et charge

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