QCM : Physique nucléaire et radioactivité — 27 questions

Explication

L’atome est la structure élémentaire de la matière, formée d’un noyau et d’électrons. Une molécule correspond plutôt à une association de plusieurs atomes liés entre eux.

Explication

Une molécule résulte de l’association d’atomes identiques ou différents grâce à des liaisons impliquant leurs électrons. La fusion ou la séparation des noyaux concerne des transformations nucléaires, pas la formation ordinaire d’une molécule.

Explication

Le nombre de neutrons se calcule par $N=A-Z$, donc $N=238-92=146$. Le nombre 238 désigne tous les nucléons, tandis que 92 correspond aux protons.

Explication

Deux isotopes appartiennent au même élément, donc possèdent le même nombre de protons et le même Z, mais leurs nombres de masse A diffèrent. Le même A caractérise plutôt les isobares.

Explication

Le même nombre d’électrons donne aux isotopes une organisation électronique et des propriétés chimiques semblables. Leur nombre de neutrons différent modifie certaines propriétés physiques, notamment la masse.

Explication

Rutherford établit le modèle planétaire, Bohr y introduit des niveaux d’énergie quantifiés, puis Schrödinger décrit l’électron par une distribution de probabilité. Les orbitales probabilistes ne correspondent donc pas aux orbites quantifiées de Bohr.

Explication

La capacité maximale d’une couche est donnée par $2n^2$ ; pour $n=3$, on obtient $2\times3^2=18$ électrons. La valeur 6 correspondrait à une application incomplète de la formule.

Explication

Un état excité apparaît lorsqu’une perturbation fournit de l’énergie et place un électron sur une couche moins liée, voire l’éjecte. L’état fondamental correspond au contraire à la configuration stable d’énergie minimale.

Explication

L’énergie de liaison correspond à l’énergie nécessaire pour dissocier les nucléons ou extraire une particule, ce qui traduit la cohésion du noyau. L’énergie de désintégration désigne plutôt l’énergie libérée lors d’une transformation nucléaire.

Explication

Le défaut de masse est la différence entre la somme des masses des nucléons séparés et la masse du noyau, soit $\Delta m=Zm_p+Nm_n-M_N$. L’énergie de liaison est ensuite obtenue par $E=\Delta mc^2$, et non en identifiant directement les deux grandeurs.

Explication

La force nucléaire forte contribue à l’attraction des nucléons, tandis que la répulsion coulombienne agit entre les protons et s’oppose à cette cohésion. L’interaction faible peut transformer un neutron en proton ou un proton en neutron, contrairement aux rôles proposés dans les autres réponses.

Explication

La transition électronique vers la lacune peut libérer son énergie sous forme d’un photon X ou la transmettre à un autre électron, qui est alors éjecté comme électron Auger. Un photon gamma est lié à une désexcitation nucléaire et ne décrit pas cette réorganisation électronique.

Explication

Comme $\nu=\frac{c}{\lambda}$, diviser la longueur d’onde par deux double la fréquence. Avec $E=h\nu$, l’énergie du photon est donc multipliée par deux.

Explication

Le rayonnement gamma est produit lors de la désexcitation du noyau, alors que le rayon X résulte de la réorganisation des électrons atomiques. La différence repose donc sur l’origine du rayonnement, et non sur une différence de charge entre les photons.

Explication

La radioactivité transforme spontanément un noyau instable et s’accompagne de l’émission de particules ou de rayonnements, avec libération d’énergie. Une simple excitation électronique modifie l’état des électrons sans transformer la nature du noyau.

Explication

La constante $\lambda$ est une probabilité de désintégration par unité de temps et s’exprime en $\text{s}^{-1}$; elle dépend de la nature du radionucléide. La température, la pression et l’énergie libérée ne définissent pas cette constante radioactive.

Explication

Lors d’une émission $\beta^-$, un neutron se transforme en proton, ce qui augmente le numéro atomique $Z$ d’une unité. La diminution de $Z$ correspond plutôt à la désintégration $\beta^+$ ou à la capture électronique.

Explication

Lors d’une capture électronique, un proton absorbe un électron puis devient un neutron, avec émission d’un neutrino. Cette transformation diminue $Z$ d’une unité, tandis que l’émission $\beta^+$ éjecte un positon.

Explication

Une émission alpha expulse un noyau d’hélium contenant deux protons et deux neutrons, donc $A$ diminue de 4 et $Z$ de 2. Les transformations isobariques, comme certaines désintégrations bêta, conservent quant à elles le nombre de masse.

Explication

Une désintégration radioactive transforme le noyau père en un noyau d’un autre élément, alors qu’une désexcitation électromagnétique libère de l’énergie sans modifier l’élément. Une émission gamma illustre cette conservation de l’élément.

Explication

L’émission gamma fait passer le noyau du même élément d’un état excité à un état moins énergétique, sans changer $A$ ni $Z$. La modification de ces nombres caractérise plutôt une émission alpha ou une transformation bêta.

Explication

L’activité quantifie le nombre de transformations nucléaires réalisées par unité de temps et s’exprime en becquerels, avec $1\ \text{Bq}=1$ transformation par seconde. Le temps de division par deux correspond à la période radioactive, et non à l’activité.

Explication

L’activité est proportionnelle au nombre de noyaux présents et à la constante de désintégration, selon $A=\lambda N$. La période intervient parce que $\lambda=\frac{\ln 2}{T_p}$, et non comme un dénominateur de l’activité.

Explication

La période radioactive est le temps au bout duquel l’activité de la source est réduite de moitié, avec $T_p=\frac{\ln 2}{\lambda}$. Elle ne représente ni une extinction complète de la source ni une activité exprimée en transformations par seconde.

Explication

L’activité décroît exponentiellement au cours du temps selon $A(t)=A(t_0)e^{-\lambda(t-t_0)}$, comme le nombre de noyaux radioactifs. Une exponentielle à exposant positif décrirait une croissance, incompatible avec une désintégration radioactive.

Explication

La scintigraphie repose sur la détection d’émetteurs gamma, tandis que la TEP utilise des émetteurs bêta plus et que les émetteurs bêta moins sont principalement employés en thérapeutique. Confondre les émetteurs gamma et bêta plus revient à attribuer la scintigraphie à la TEP, ce qui inverse leurs applications diagnostiques.

Explication

Un radiopharmaceutique associe un radio-isotope marqueur, qui fournit le signal détectable, à une molécule vecteur, qui influence sa distribution dans l’organisme. La confusion inverse ces fonctions en faisant du vecteur la source du signal et du marqueur le guide biologique.