QCM : Radiochimie et rayonnements radioactifs — 25 questions

Explication

En 1934, F. Joliot et I. Curie mettent en évidence la radioactivité artificielle en synthétisant des éléments radioactifs. La découverte du polonium et du radium appartient aux travaux de Pierre et Marie Curie en 1898.

Explication

En 1898, Pierre et Marie Curie découvrent deux éléments radioactifs, le polonium et le radium. L’identification des rayonnements alpha et bêta est attribuée à Rutherford en 1899.

Explication

Un atome comprend un noyau formé de protons et de neutrons, ainsi qu’un cortège d’électrons. Un noyau atomique dépourvu d’électrons ne doit donc pas être confondu avec l’atome entier.

Explication

Le nombre de masse compte l’ensemble des nucléons, donc $A=17+18=35$. La valeur 17 correspondrait au numéro atomique, qui compte les protons, et non au nombre de masse.

Explication

Le numéro atomique $Z$ est égal au nombre de protons et, pour un atome neutre, au nombre d’électrons. Avec 12 protons, l’atome possède donc $Z=12$ et 12 électrons.

Explication

L’interaction forte assure la cohésion du noyau car elle est 100 à 1000 fois plus intense que la force électrique à très courte distance. La force électrique possède une portée plus étendue et n’est pas supprimée par l’interaction forte.

Explication

Un excès de neutrons tend à être corrigé par une émission bêta moins. L’émission bêta plus et la capture électronique concernent plutôt les noyaux présentant un excès de protons.

Explication

Il n’existe pas de noyaux stables dont le numéro atomique est supérieur ou égal à 84. La proposition associant la stabilité à des valeurs de $Z$ supérieures contredit cette limite.

Explication

Le défaut de masse est converti en énergie selon la relation d’Einstein $E_L = \Delta m c^2$. La division par $c^2$ correspondrait à une conversion d’énergie en masse, et non à l’énergie de liaison.

Explication

Une unité de masse atomique possède une énergie équivalente de 931,5 MeV. Les autres valeurs déplacent la virgule et ne correspondent pas à l’équivalence donnée.

Explication

Une énergie de liaison par nucléon élevée traduit une stabilité nucléaire accrue. Une énergie de liaison totale faible ne permet pas, à elle seule, de conclure qu’un noyau est plus stable.

Explication

Des isotopes appartiennent au même élément, donc ont le même $Z$, mais leurs nombres de masse $A$ diffèrent. Le même $A$ avec des $Z$ différents définit des isobares.

Explication

Les isobares possèdent un même nombre de masse $A$, mais des numéros atomiques $Z$ différents. Le même $Z$ avec des $A$ différents correspond aux isotopes.

Explication

Une particule alpha est un noyau d’hélium composé de deux protons et de deux neutrons. Un électron ou un positron appartient à la famille des particules bêta, et non à celle des particules alpha.

Explication

Les particules alpha sont très ionisantes, mais leur faible pouvoir de pénétration permet de les arrêter avec quelques centimètres d’air ou une feuille d’aluminium. Leur comportement ne correspond donc pas à celui des rayons gamma, beaucoup plus pénétrants.

Explication

Les particules bêta sont des électrons ou des positrons et leur pouvoir de pénétration est supérieur à celui des particules alpha. Les particules alpha, elles, sont rapidement arrêtées par l’air ou une feuille d’aluminium.

Explication

Les rayons gamma sont neutres, électromagnétiques et très pénétrants, au point de nécessiter parfois d’importantes épaisseurs de plomb ou de béton. Les particules alpha et bêta sont des particules chargées, avec un pouvoir de pénétration différent.

Explication

Les lois de Soddy imposent la conservation de $A$, qui compte les nucléons, et de $Z$, qui représente la charge nucléaire. La conservation de $A$ ne concerne donc pas directement la masse volumique ni les couches électroniques.

Explication

Une émission alpha expulse un noyau d’hélium $^{4}_{2}\mathrm{He}$, ce qui retire quatre nucléons et deux charges nucléaires au noyau initial. Les valeurs du noyau fils sont donc $A-4$ et $Z-2$.

Explication

En bêta moins, un neutron se transforme en proton et le noyau émet un électron ainsi qu’un antineutrino électronique. Le numéro atomique augmente donc de une unité, tandis que le nombre de masse reste inchangé.

Explication

La désintégration bêta plus transforme un proton en neutron et diminue donc $Z$ d’une unité, sans modifier $A$. La capture électronique produit aussi une diminution de $Z$, mais elle implique l’absorption d’un électron plutôt que l’émission d’un positon.

Explication

Un rayonnement gamma est un photon électromagnétique émis lors de la désexcitation du noyau. Cette émission ne modifie ni le nombre de masse $A$ ni le numéro atomique $Z$, contrairement aux désintégrations alpha et bêta.

Explication

L’énergie d’un photon est proportionnelle à sa fréquence selon $E=h\nu$, où $h=6{,}62\times10^{-34}\ \text{J·s}$. La relation $E=mc^2$ concerne l’équivalence masse-énergie et ne donne pas directement l’énergie d’un photon en fonction de sa fréquence.

Explication

Le becquerel mesure le rythme de désintégration et vaut une désintégration par seconde. Une activité exprimée en curies correspond à une valeur beaucoup plus grande, car $1\ \text{Ci}=3{,}7\times10^{10}\ \text{Bq}$.

Explication

Le curie vaut $3{,}7\times10^{10}$ becquerels et correspond historiquement à l’activité d’un gramme de radium. Il s’agit donc d’une unité d’activité bien plus grande que le becquerel, et non d’une fraction de celui-ci.