QCM : Physique nucléaire (8 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Concernant les notions associées à la notation nucléaire ZAXN^A_ZX_N :

L’équation de Bateman décrit la stabilité selon les nombres N et Z.
L’étude de la radioactivité inclut la période et l’activité d’un noyau.
Dans cette notation, A désigne le nombre de nucléons du noyau.
Dans cette notation, Z désigne le nombre de neutrons du noyau.
Les séries radioactives naturelles sont étudiées sans équations différentielles.

L’étude de la radioactivité inclut la période et l’activité d’un noyau. · Dans cette notation, A désigne le nombre de nucléons du noyau.

Explication

Le nombre de masse A correspond au nombre total de nucléons, tandis que Z indique le nombre de protons. La période et l’activité font partie de l’étude de la radioactivité ; la stabilité est étudiée selon N et Z, et les séries radioactives mobilisent notamment les équations différentielles et l’équation de Bateman.

2. Parmi les propositions suivantes concernant l’énergie de liaison nucléaire, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

La formule semi-empirique de Bethe-Weizsäcker sert à décrire l’énergie de liaison du noyau.
L’étude des propriétés nucléaires comprend la masse et l’énergie de liaison.
Le modèle de Bethe-Weizsäcker décrit principalement la distribution de densité nucléaire.
Les états métastables sont présentés comme une composante du modèle de la goutte liquide.
L’énergie de séparation est présentée comme un terme de la formule de Bethe-Weizsäcker.

La formule semi-empirique de Bethe-Weizsäcker sert à décrire l’énergie de liaison du noyau. · L’étude des propriétés nucléaires comprend la masse et l’énergie de liaison.

Explication

La formule semi-empirique attribuée à Bethe-Weizsäcker décrit l’énergie de liaison, et l’étude des propriétés nucléaires comprend aussi la masse et cette énergie. La distribution de densité et l’énergie de séparation sont des notions étudiées séparément ; les états métastables relèvent des états nucléaires excités.

3. Qu’appelle-t-on un poison neutronique dans le contexte des réactions nucléaires ?

Un noyau qui émet des neutrons retardés après une réaction de fission
Un matériau qui ralentit les neutrons afin d’augmenter leur probabilité de capture
Une substance qui absorbe des neutrons et contribue à contrôler la réaction en chaîne
Une substance qui renforce la barrière coulombienne des noyaux réactifs

Une substance qui absorbe des neutrons et contribue à contrôler la réaction en chaîne

Explication

Un poison neutronique absorbe des neutrons et peut ainsi contribuer au contrôle de la réaction en chaîne. Un matériau ralentisseur agit sur l’énergie des neutrons, mais cette fonction ne définit pas un poison neutronique.

4. Quelle relation caractérise la systématique des émetteurs alpha entre la période radioactive et l’énergie cinétique de la particule alpha ?

Une forte corrélation entre la période radioactive et l’énergie cinétique de la particule alpha.
Une relation entre la période radioactive et le nombre de neutrons du noyau fils.
Une forte corrélation entre la période radioactive et le moment angulaire orbital de la particule alpha.
Une indépendance entre la période radioactive et l’énergie cinétique de la particule alpha.

Une forte corrélation entre la période radioactive et l’énergie cinétique de la particule alpha.

Explication

La systématique des émetteurs alpha met en évidence une forte corrélation entre la période et l’énergie cinétique de la particule alpha. Le moment angulaire orbital intervient dans la probabilité d’émission, mais ce n’est pas la relation précise décrite pour cette systématique.

5. Quel rôle les neutrons retardés jouent-ils dans l’exploitation d’un réacteur nucléaire ?

Ils déterminent la distribution en masse des produits de fission.
Ils contribuent au contrôle de la puissance résiduelle du réacteur.
Ils empêchent la production de neutrons prompts dans le combustible.
Ils fournissent l’énergie d’activation nécessaire à la fission spontanée.

Ils contribuent au contrôle de la puissance résiduelle du réacteur.

Explication

Les neutrons retardés sont étudiés en lien avec la puissance résiduelle d’un réacteur, ce qui les rend importants pour le suivi de son fonctionnement après une variation de puissance. La distribution en masse décrit les produits de fission et ne constitue pas leur rôle dans le réacteur.

6. Quelle distinction énergétique sépare la désintégration β⁻ de la capture électronique pour un même noyau père et un même noyau fils ?

La désintégration β⁻ doit fournir l’énergie de masse de l’électron émis, tandis que la capture électronique ne l’exige pas.
La capture électronique doit fournir l’énergie de masse du neutrino, tandis que la désintégration β⁻ ne l’exige pas.
La désintégration β⁻ libère une énergie indépendante des masses, tandis que la capture électronique dépend du moment angulaire.
Les deux processus exigent la même énergie de masse, car ils transforment un neutron en proton.

La désintégration β⁻ doit fournir l’énergie de masse de l’électron émis, tandis que la capture électronique ne l’exige pas.

Explication

En désintégration β⁻, un électron est émis et son énergie de masse doit être prise en compte dans le bilan énergétique, contrairement à la capture d’un électron atomique. La dernière proposition confond la transformation nucléaire commune avec les différences de bilan énergétique entre les deux processus.

7. Lorsqu’un noyau excité se désexcite par conversion interne plutôt que par émission gamma, quel effet en résulte ?

L’énergie de transition est émise sous forme d’un photon X par le noyau.
Un neutron du noyau est converti en proton avec émission d’un électron.
L’énergie de transition est transférée à un électron atomique, qui est éjecté.
Un électron atomique est capturé, ce qui transforme un proton en neutron.

L’énergie de transition est transférée à un électron atomique, qui est éjecté.

Explication

Lors de la conversion interne, le noyau transmet directement son énergie de transition à un électron atomique, entraînant son éjection. L’émission gamma, contrairement à ce mécanisme, libère cette énergie sous forme de photon.

8. Pour comparer la stabilité de deux noyaux, quelles données nucléaires faut-il examiner en priorité dans la carte des noyaux ?

La masse atomique et la constante radioactive de chaque noyau
L’énergie de séparation et l’état métastable de chaque noyau
Le nombre de neutrons NN et le nombre de protons ZZ de chaque noyau
Le rayon nucléaire et l’épaisseur de peau de chaque noyau

Le nombre de neutrons $$N$$ et le nombre de protons $$Z$$ de chaque noyau

Explication

La stabilité des noyaux est étudiée en fonction de leur nombre de neutrons NN et de protons ZZ. Le rayon nucléaire et l’épaisseur de peau relèvent des propriétés nucléaires, mais ne constituent pas les critères précisés ici pour comparer la stabilité.

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Quelle notation nucléaire est étudiée pour représenter un noyau ?

ZAXN^{A}_{Z}X_{N}

Quelles notions couvre l’étude des réactions nucléaires induites ?

La notation, la cinématique, l’énergie seuil, la barrière coulombienne et les applications.

Quels phénomènes impliquent les réactions nucléaires avec un neutron ?

La diffusion élastique, la capture, le contrôle de la réaction en chaîne et les poisons neutroniques.

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