QCM : Physique de la radioactivité (22 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quel changement caractérise l’émission α d’un noyau lourd ?

Le noyau émet un positon, son nombre de masse reste constant et son numéro atomique diminue de 1
Le noyau émet un photon, son nombre de masse diminue de 4 et son numéro atomique de 2
Le noyau émet un noyau d’hélium 24He^{4}_{2}\mathrm{He}, son nombre de masse diminue de 4 et son numéro atomique de 2
Le noyau émet un électron, son nombre de masse reste constant et son numéro atomique augmente de 1

Le noyau émet un noyau d’hélium $$^{4}_{2}\mathrm{He}$$, son nombre de masse diminue de 4 et son numéro atomique de 2

Explication

Une émission α correspond à l’émission d’un noyau d’hélium 24He^{4}_{2}\mathrm{He}, ce qui réduit A de 4 et Z de 2. Lors d’une désintégration β, A reste constant, tandis qu’un photon γ ne modifie pas ainsi A et Z.

2. Que désigne l’énergie de liaison d’un noyau au repos ?

L’énergie absorbée par un nucléon lorsqu’il change de niveau interne
L’énergie nécessaire pour rapprocher les protons et former un noyau
L’énergie à fournir pour séparer les nucléons qui constituent le noyau
L’énergie libérée lorsqu’un électron est arraché à l’atome

L’énergie à fournir pour séparer les nucléons qui constituent le noyau

Explication

L’énergie de liaison est l’énergie nécessaire pour séparer les nucléons d’un noyau au repos. L’arrachement d’un électron concerne l’ionisation de l’atome, et non la séparation des nucléons.

3. Après une émission β⁺, α ou une capture électronique, par quels mécanismes un noyau peut-il se désexciter ?

Par conversion interne, par émission d’un antineutrino ou par émission d’une paire proton-neutron
Par émission β⁻, par capture électronique ou par émission d’un noyau d’hélium
Par émission γ, par fission nucléaire ou par émission d’un neutron
Par émission γ, par conversion interne ou par émission d’une paire électron-positon

Par émission γ, par conversion interne ou par émission d’une paire électron-positon

Explication

Après une émission β⁺, α ou une capture électronique, le noyau peut perdre son excitation par émission γ, conversion interne ou émission d’une paire électron-positon. L’émission β⁻ et la fission ne figurent pas parmi ces mécanismes de désexcitation.

4. Un échantillon contient initialement N0N_0 noyaux radioactifs, de constante radioactive λ\lambda. Quelle expression décrit le nombre de noyaux restants au temps tt ?

N(t)=N0eλtN(t) = N_0 e^{\lambda t}
N(t)=λN0e−tN(t) = \lambda N_0 e^{-t}
N(t)=N0−λtN(t) = N_0 - \lambda t
N(t)=N0e−λtN(t) = N_0 e^{-\lambda t}

$$N(t) = N_0 e^{-\lambda t}$$

Explication

La décroissance radioactive suit une évolution exponentielle décroissante, décrite par N(t)=N0e−λtN(t) = N_0 e^{-\lambda t}. L’expression avec un exposant positif décrirait une croissance exponentielle, et non une diminution du nombre de noyaux.

5. Quelle situation correspond à la période biologique d’un radionucléide ?

Le temps nécessaire pour que sa quantité initiale soit réduite par l’administration d’un traitement
Le temps nécessaire pour que la moitié de ses noyaux se désintègrent par décroissance radioactive
Le temps nécessaire pour que la moitié de sa quantité soit éliminée naturellement de l’organisme
Le temps nécessaire pour que son activité radioactive atteigne la moitié de sa valeur initiale

Le temps nécessaire pour que la moitié de sa quantité soit éliminée naturellement de l’organisme

Explication

La période biologique mesure le temps nécessaire pour éliminer naturellement de l’organisme la moitié de la quantité d’un radionucléide. La désintégration de la moitié des noyaux définit plutôt la période radioactive.

6. Quelle équivalence de masse pour une unité de masse atomique est correcte ?

1 u.m.a=1,675×10−27 kg=1,008 MeV/c21\ \text{u.m.a}=1{,}675\times10^{-27}\ \text{kg}=1{,}008\ \text{MeV}/c^2
1 u.m.a=1,008×10−27 kg=931,5 MeV/c21\ \text{u.m.a}=1{,}008\times10^{-27}\ \text{kg}=931{,}5\ \text{MeV}/c^2
1 u.m.a=1,66×10−27 kg=931,5 MeV/c21\ \text{u.m.a}=1{,}66\times10^{-27}\ \text{kg}=931{,}5\ \text{MeV}/c^2
1 u.m.a=9,1×10−31 kg=0,511 MeV/c21\ \text{u.m.a}=9{,}1\times10^{-31}\ \text{kg}=0{,}511\ \text{MeV}/c^2

$$1\ \text{u.m.a}=1{,}66\times10^{-27}\ \text{kg}=931{,}5\ \text{MeV}/c^2$$

Explication

Une unité de masse atomique vaut environ 1,66×10−27 kg1{,}66\times10^{-27}\ \text{kg}, soit 931,5 MeV/c2931{,}5\ \text{MeV}/c^2. La valeur 0,511 MeV/c20{,}511\ \text{MeV}/c^2 correspond à la masse de l’électron, pas à une unité de masse atomique.

7. Quelles transformations appartiennent à la catégorie des transformations isobariques ?

Les émissions α et γ ainsi que la capture électronique
Les émissions β⁻ et γ ainsi que la conversion interne
Les émissions β⁺ et α ainsi que la conversion interne
Les émissions β⁺ et β⁻ ainsi que la capture électronique

Les émissions β⁺ et β⁻ ainsi que la capture électronique

Explication

Les transformations isobariques comprennent l’émission β⁺, l’émission β⁻ et la capture électronique. L’émission α et l’émission γ ne font pas partie de cette liste.

8. Que représente la constante radioactive λ\lambda ?

La proportion de noyaux restants après une période radioactive
La probabilité de désintégration d’un noyau radioactif
La durée nécessaire pour désintégrer la moitié des noyaux
La quantité de radionucléide éliminée par l’organisme

La probabilité de désintégration d’un noyau radioactif

Explication

La constante radioactive λ\lambda représente la probabilité de désintégration. La durée nécessaire pour que la moitié des noyaux se désintègrent correspond plutôt à la période radioactive.

9. Un noyau a un défaut de masse Δm\Delta m et un nombre de masse AA : quelles expressions donnent son énergie de liaison et cette énergie par nucléon ?

El=Δm/c2E_l=\Delta m/c^2 et El/AE_l/A
El=Δmc2E_l=\Delta m c^2 et A/ElA/E_l
El=ΔmcE_l=\Delta m c et El/AE_l/A
El=Δmc2E_l=\Delta m c^2 et El/AE_l/A

$$E_l=\Delta m c^2$$ et $$E_l/A$$

Explication

L’énergie de liaison se calcule avec El=Δmc2E_l=\Delta m c^2, puis l’énergie par nucléon s’obtient en divisant par AA. Utiliser A/ElA/E_l inverse le rapport demandé.

10. Comment un noyau excité libère-t-il de l’énergie lors d’une émission γ ?

Il revient à un état moins énergétique en émettant un photon d’énergie Eγ=hν=hcλE_\gamma = h\nu = \frac{hc}{\lambda}
Il revient à un état moins énergétique en émettant un photon d’énergie Eγ=hν=hλcE_\gamma = \frac{h}{\nu} = \frac{h\lambda}{c}
Il revient à un état plus énergétique en émettant un photon d’énergie Eγ=hν=hcλE_\gamma = h\nu = \frac{hc}{\lambda}
Il revient à un état moins énergétique en émettant un électron d’énergie Eγ=hν=hcλE_\gamma = h\nu = \frac{hc}{\lambda}

Il revient à un état moins énergétique en émettant un photon d’énergie $$E_\gamma = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$$

Explication

L’émission γ fait revenir le noyau excité à un état moins énergétique par émission d’un photon, dont l’énergie vérifie la relation indiquée. Un électron n’est pas le rayonnement γ, et l’émission correspond à une diminution, non à une augmentation, de l’énergie du noyau.

11. Comment calculer la période radioactive TT à partir de la constante radioactive λ\lambda ?

T=λln⁡2T = \frac{\lambda}{\ln 2}
T=1λln⁡2T = \frac{1}{\lambda \ln 2}
T=ln⁡2λT = \frac{\ln 2}{\lambda}
T=λln⁡2T = \lambda \ln 2

$$T = \frac{\ln 2}{\lambda}$$

Explication

La période radioactive est le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux initiaux se désintègrent, et elle vérifie T=ln⁡2λT = \frac{\ln 2}{\lambda}. L’expression λln⁡2\frac{\lambda}{\ln 2} inverse le rapport et ne donne pas cette période.

12. Quelle est la charge du noyau d’un atome de numéro atomique ZZ ?

qn=(Z+N)eq_n=(Z+N)e, car chaque nucléon porte une charge positive
qn=−Zeq_n=-Ze, car les électrons déterminent la charge du noyau
qn=Neq_n=Ne, où NN est le nombre de neutrons
qn=Zeq_n=Ze, où ee est la charge élémentaire positive

$$q_n=Ze$$, où $$e$$ est la charge élémentaire positive

Explication

Le noyau contient ZZ protons, chacun portant la charge élémentaire positive ee, donc qn=Zeq_n=Ze. Les neutrons sont neutres et ne contribuent pas à la charge du noyau.

13. Un atome reçoit de l’énergie et un électron passe à une orbite plus externe sans quitter l’atome : quel phénomène a eu lieu ?

Une ionisation, qui rend l’atome instable en déplaçant l’électron vers l’extérieur
Une ionisation, qui conserve l’électron dans l’atome sur une orbite externe
Une excitation, qui rend l’atome instable en déplaçant l’électron vers l’extérieur
Une excitation, qui transforme l’atome en cation en arrachant l’électron

Une excitation, qui rend l’atome instable en déplaçant l’électron vers l’extérieur

Explication

Lors d’une excitation, l’électron gagne de l’énergie et rejoint une orbite plus externe, ce qui rend l’atome instable. L’ionisation, au contraire, arrache l’électron et produit un cation.

14. Quelle organisation décrit correctement un atome ?

Un noyau dense chargé positivement, entouré d’un nuage électronique chargé négativement
Un noyau neutre entouré d’un nuage composé de protons et de neutrons
Un noyau dense chargé négativement, entouré d’un nuage électronique chargé positivement
Un nuage positif contenant des électrons et des neutrons, sans noyau central

Un noyau dense chargé positivement, entouré d’un nuage électronique chargé négativement

Explication

Le noyau dense porte une charge positive et est entouré d’un nuage électronique négatif. Inverser les signes des charges du noyau et du nuage correspond à une organisation incorrecte.

15. Deux noyaux ont le même numéro atomique ZZ mais des nombres de masse AA différents : comment les classe-t-on ?

Comme des isobares, ayant des nombres de neutrons différents
Comme des isotones, ayant le même nombre de neutrons
Comme des isomères, ayant des niveaux d’énergie différents
Comme des isotopes, ayant des nombres de neutrons différents

Comme des isotopes, ayant des nombres de neutrons différents

Explication

Des isotopes ont le même ZZ et des nombres de masse différents, donc des nombres de neutrons différents. Des isobares ont plutôt le même nombre de masse AA.

16. Un noyau possède Z=8Z=8 protons et N=9N=9 neutrons : quel est son nombre de masse AA ?

88, car A=ZA=Z
7272, car A=Z×NA=Z\times N
11, car A=N−ZA=N-Z
1717, car A=Z+NA=Z+N

$$17$$, car $$A=Z+N$$

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons : A=8+9=17A=8+9=17. La différence N−ZN-Z ne donne pas le nombre total de nucléons.

17. Qu’est-ce qui caractérise la radioactivité ?

Une transformation nucléaire naturelle et aléatoire où un noyau instable devient plus stable en émettant un rayonnement
Une transformation chimique naturelle et aléatoire où un atome change d’élément en émettant un rayonnement
Une transformation nucléaire régulière où un noyau instable devient plus stable sans émission de rayonnement
Une transformation nucléaire provoquée où un noyau stable devient instable en absorbant un rayonnement

Une transformation nucléaire naturelle et aléatoire où un noyau instable devient plus stable en émettant un rayonnement

Explication

La radioactivité correspond à une transformation nucléaire naturelle et aléatoire qui stabilise un noyau par émission d’un rayonnement. Une transformation provoquée par absorption d’un rayonnement ne correspond pas à cette définition.

18. Lors d’une émission β⁻ due à un excès de neutrons, comment évolue le noyau ?

Un proton devient un neutron, avec émission d’un électron et d’un antineutrino ; A diminue de 1 et Z augmente de 1
Un proton devient un neutron, avec émission d’un positon et d’un neutrino ; A reste constant et Z diminue de 1
Un neutron devient un proton, avec émission d’un positon et d’un neutrino ; A augmente de 1 et Z reste constant
Un neutron devient un proton, avec émission d’un électron et d’un antineutrino ; A reste constant et Z augmente de 1

Un neutron devient un proton, avec émission d’un électron et d’un antineutrino ; A reste constant et Z augmente de 1

Explication

En émission β⁻, un neutron se transforme en proton et émet un électron ainsi qu’un antineutrino ; le nombre de masse reste constant et Z augmente de 1. La transformation d’un proton en neutron avec diminution de Z caractérise plutôt l’émission β⁺.

19. Que se passe-t-il lors d’une capture électronique par un noyau ?

Un positon d’une couche interne se combine avec un neutron pour former un proton, avec émission d’un neutrino ; le réarrangement électronique peut produire des rayons X
Un électron émis par le noyau se combine avec un neutron pour former un proton, avec émission d’un antineutrino ; le réarrangement électronique peut produire des rayons X
Un électron d’une couche interne se combine avec un proton pour former un neutron, avec émission d’un neutrino ; le réarrangement électronique peut produire des rayons X
Un électron d’une couche externe se combine avec un proton pour former un neutron, avec émission d’un antineutrino ; le réarrangement électronique produit des rayons gamma

Un électron d’une couche interne se combine avec un proton pour former un neutron, avec émission d’un neutrino ; le réarrangement électronique peut produire des rayons X

Explication

Lors de la capture électronique, le noyau absorbe un électron d’une couche interne qui se combine avec un proton, et un neutrino est émis. Le réarrangement des électrons peut ensuite produire des rayons X, contrairement à l’émission d’un antineutrino décrite dans un distracteur.

20. Un noyau présentant un excès de protons subit une émission β⁺ : quelle transformation se produit ?

Un neutron devient un proton en émettant un électron et un antineutrino ; A reste constant et Z augmente de 1
Un proton devient un neutron en émettant un électron et un antineutrino ; A diminue de 1 et Z reste constant
Un proton capture un électron interne pour devenir un neutron en émettant un neutrino ; Z diminue de 1
Un proton devient un neutron en émettant un positon et un neutrino ; A reste constant et Z diminue de 1

Un proton devient un neutron en émettant un positon et un neutrino ; A reste constant et Z diminue de 1

Explication

L’émission β⁺ transforme un proton en neutron et produit un positon ainsi qu’un neutrino ; A ne change pas et Z diminue de 1. La capture d’un électron interne est une autre transformation, même si elle peut également convertir un proton en neutron.

21. Quelle expression permet de calculer le défaut de masse d’un noyau de numéro atomique ZZ et de nombre de masse AA ?

Δm=m(ZAX)−[Zmp+(A−Z)mn]\Delta m=m(^{A}_{Z}X)-[Zm_p+(A-Z)m_n]
Δm=[Zmn+(A−Z)mp]−m(ZAX)\Delta m=[Zm_n+(A-Z)m_p]-m(^{A}_{Z}X)
Δm=[Amp+Znn]−m(ZAX)\Delta m=[Am_p+Zn_n]-m(^{A}_{Z}X)
Δm=[Zmp+(A−Z)mn]−m(ZAX)\Delta m=[Zm_p+(A-Z)m_n]-m(^{A}_{Z}X)

$$\Delta m=[Zm_p+(A-Z)m_n]-m(^{A}_{Z}X)$$

Explication

Le défaut de masse est la masse totale des protons et des neutrons séparés moins la masse du noyau. Soustraire la somme des masses des nucléons à la masse du noyau inverse le sens de la différence.

22. Dans le modèle des couches électroniques, combien d’électrons au maximum peut contenir la couche de nombre quantique principal n=3n=3 ?

99 électrons, d’après la relation Ne=n2N_e=n^2
66 électrons, d’après la relation Ne=2nN_e=2n
1818 électrons, d’après la relation Ne=2n2N_e=2n^2
1212 électrons, d’après la relation Ne=4nN_e=4n

$$18$$ électrons, d’après la relation $$N_e=2n^2$$

Explication

La capacité maximale suit Ne=2n2N_e=2n^2, ce qui donne 2×32=182\times 3^2=18 électrons. La valeur 99 résulte de l’oubli du facteur 22 dans la relation.

Révisez avec les flashcards

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Quels sont les constituants et les charges de l’atome ?

Un noyau dense positif entouré d’un nuage électronique négatif.

Quelle relation donne le nombre maximal d’électrons sur la couche de nombre quantique principal nn ?

Ne=2n2N_e = 2n^2

Que devient l’atome après l’excitation d’un électron vers une orbite plus externe ?

Il devient instable.

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