QCM : Origine de la matière et réactions nucléaires (13 questions)

Explication

Entre 3 et 20 minutes après le Big Bang, la nucléosynthèse primordiale forme des noyaux de deutérium, de tritium, d’hélium et de lithium. Les atomes d’hydrogène, d’hélium et de lithium correspondent à une étape ultérieure, tandis que les éléments jusqu’au fer se forment dans les étoiles.

Explication

Vers 380 000 ans après le Big Bang, des atomes d’hydrogène, d’hélium et de lithium sont présents. Les noyaux légers sont associés à la nucléosynthèse primordiale, les éléments jusqu’au fer à la formation stellaire, et les électrons, quarks et photons à la soupe de particules initiale.

Explication

Dans la chaîne stellaire décrite par Hans Albrecht Bethe en 1939, l’hélium devient combustible et se transforme en carbone ; le processus forme ensuite notamment du néon, de l’oxygène et du silicium jusqu’au fer. La transformation de l’hélium en hydrogène inverse l’ordre, les noyaux légers cités relèvent de la nucléosynthèse primordiale, et le passage direct au fer omet les étapes intermédiaires.

Explication

Le noyau de l’hydrogène comporte un seul proton, ce qui correspond à l’élément le plus léger produit notamment par la nucléosynthèse primordiale. Le deutérium possède aussi un neutron, tandis que le noyau d’hélium comporte deux protons et deux neutrons.

Explication

Les noyaux des éléments chimiques stables résultent de réactions nucléaires qui se produisent au sein des étoiles à partir de l’hydrogène initial. La formation dans l’espace interstellaire déplace le processus hors des étoiles, et l’hélium ou le lithium ne remplace pas l’hydrogène comme matière initiale.

Explication

Le numéro atomique $Z$ est le nombre de protons du noyau : il vaut donc $7$. $15$ correspond au nombre de masse, $8$ au nombre de neutrons et $14$ à leur double.

Explication

Le nombre de masse $A$ est le nombre total de nucléons, soit les protons et les neutrons : $6+7=13$. $6$ est le nombre de protons, $7$ celui des neutrons et $12$ résulte du doublement des protons.

Explication

Des isotopes sont des noyaux du même élément : ils ont le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents. Les ions se distinguent par leur nombre d’électrons, tandis qu’un même nombre de masse ne suffit pas à définir des isotopes.

Explication

Les deux noyaux ont le même numéro atomique, $4$, mais des nombres de masse différents, $9$ et $10$ : ils sont donc des isotopes du béryllium. Un numéro atomique différent désignerait un autre élément, et les nombres de masse indiqués ne sont pas égaux.

Explication

Une transformation nucléaire se caractérise par une modification des noyaux, qui peut conduire à de nouveaux éléments chimiques. L’expression « transformation non nucléaire » confond le changement des noyaux avec leur absence de changement, tandis que les réponses fondées sur des éléments identiques inversent la conséquence décrite.

Explication

La fission est la fragmentation d’un noyau lourd en deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron. La fusion assemble des noyaux, l’émission neutronique ne désigne pas à elle seule cette fragmentation, et une transformation chimique ne décrit pas une division de noyau.

Explication

La fusion nucléaire assemble des noyaux pour former des noyaux plus lourds et dégage une grande quantité d’énergie, notamment au cœur du Soleil. La fission fragmente un noyau lourd, tandis qu’une transformation chimique ou une émission radioactive ne correspond pas à l’assemblage décrit.

Explication

Une transformation nucléaire crée de nouveaux noyaux à partir des noyaux initiaux ; les éléments chimiques ne sont donc pas conservés, et un rayonnement gamma peut être émis. L’idée d’un simple réarrangement correspond à une transformation chimique, tandis que la conservation des éléments contredit le changement nucléaire.