QCM : Réactions nucléaires et radioactivité (10 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelques minutes après le Big Bang, quelles conditions ont permis la formation des premiers noyaux par fusion nucléaire ?

Un Univers froid et dense, plusieurs milliards d’années plus tard
Un Univers froid, à environ 10910^9 K, et peu dense
Un Univers très chaud, à environ 10910^9 K, et dense
Un Univers très chaud, à environ 10610^6 K, et peu dense

Un Univers très chaud, à environ $$10^9$$ K, et dense

Explication

La fusion des premiers noyaux a eu lieu quelques minutes après le Big Bang, lorsque l’Univers était très chaud, autour de 10910^9 K, et dense. Une température bien plus basse, une faible densité ou une époque tardive ne correspond pas à ces conditions.

2. Lors de la nucléosynthèse primordiale, quel ensemble de noyaux les particules ont-elles pu former par fusion ?

Des noyaux d’hydrogène, de deutérium, d’hélium et de lithium
Des noyaux de deutérium, d’hélium, d’oxygène et de fer
Des noyaux d’hydrogène, de carbone, d’oxygène et de lithium
Des noyaux d’hélium, de lithium, de carbone et de fer

Des noyaux d’hydrogène, de deutérium, d’hélium et de lithium

Explication

Les premiers noyaux formés par fusion comprenaient l’hydrogène, le deutérium, l’hélium et le lithium. Le carbone, l’oxygène et le fer relèvent de la formation des éléments dans les étoiles, et non de cette liste de noyaux primordiaux.

3. Dans une étoile issue de l’accrétion d’atomes formés lors du Big Bang, quel processus peut produire du carbone, de l’oxygène et du fer ?

La fusion primordiale des particules dans l’Univers jeune
La désintégration successive de noyaux radioactifs
La fusion de noyaux légers en noyaux plus lourds
La fission de noyaux lourds en noyaux plus légers

La fusion de noyaux légers en noyaux plus lourds

Explication

Dans les étoiles, des noyaux légers fusionnent pour former des noyaux plus lourds, notamment le carbone, l’oxygène et le fer. La fission casse des noyaux, la radioactivité transforme des noyaux instables, et la fusion primordiale concerne les premiers noyaux après le Big Bang.

4. Un noyau est frappé par un neutron et se casse en noyaux plus légers. Comment nomme-t-on cette réaction ?

La nucléosynthèse primordiale
La désintégration radioactive
La fission nucléaire
La fusion nucléaire

La fission nucléaire

Explication

La fission est la cassure d’un noyau sous l’impact d’un neutron ou d’une autre particule légère. La fusion assemble des noyaux légers, tandis que la désintégration radioactive est une transformation spontanée d’un noyau instable.

5. Que désigne la radioactivité ?

L’émission d’un rayonnement par un noyau stable après apport d’énergie
La cassure d’un noyau provoquée par l’impact d’un neutron
La transmutation spontanée d’un noyau instable en un autre noyau par désintégration
La fusion de noyaux légers en noyaux plus lourds dans une étoile

La transmutation spontanée d’un noyau instable en un autre noyau par désintégration

Explication

La radioactivité est la transformation naturelle d’un noyau instable en un autre noyau par désintégration. La cassure d’un noyau sous l’impact d’un neutron correspond à la fission, et non à la définition de la radioactivité.

6. En 1896, quelle observation a permis à Henri Becquerel de découvrir la radioactivité ?

Un dosimètre a révélé une forte dose près d’un échantillon de polonium.
Une plaque photographique a mesuré l’échauffement d’un échantillon d’uranium exposé au soleil.
Un sel d’uranium a impressionné spontanément une plaque photographique protégée de la lumière.
Un minerai de radium a émis un faisceau lumineux visible dans une chambre noire.

Un sel d’uranium a impressionné spontanément une plaque photographique protégée de la lumière.

Explication

Becquerel a constaté qu’un sel d’uranium impressionnait spontanément une plaque photographique tenue à l’abri de la lumière. L’observation d’un faisceau visible ne correspond pas à cette expérience, qui reposait sur l’impression de la plaque.

7. Quel rôle joue le neutron absorbé par un noyau d’uranium 235 dans une centrale nucléaire ?

Il réduit le nombre de nucléons du noyau en éjectant une particule alpha.
Il transforme le noyau en uranium 236 stable, sans émission de particules.
Il provoque une émission gamma qui modifie le nombre de protons du noyau.
Il déclenche la fission du noyau, qui libère de l’énergie et d’autres neutrons.

Il déclenche la fission du noyau, qui libère de l’énergie et d’autres neutrons.

Explication

L’absorption du neutron déclenche la fission de l’uranium 235, laquelle libère de l’énergie ainsi que deux ou trois neutrons susceptibles d’entretenir d’autres fissions. Une émission gamma ne modifie pas le nombre de protons, contrairement à ce que suggère l’une des autres propositions.

8. Dans le modèle des dés, quelle fraction moyenne des dés reste après chaque lancer, ce qui illustre la diminution de la population radioactive au cours du temps ?

Environ cinq sixièmes des dés restent après chaque lancer.
Environ deux tiers des dés restent après chaque lancer.
Environ un sixième des dés reste après chaque lancer.
Environ la moitié des dés reste après chaque lancer.

Environ cinq sixièmes des dés restent après chaque lancer.

Explication

Une face sur six étant marquée, la fraction moyenne qui survit à un lancer est 56\frac{5}{6}, et le nombre moyen restant se multiplie par cette fraction à chaque étape. La fraction d’un sixième correspond à la probabilité de disparition lors d’un lancer, et non à celle des dés qui restent.

9. En quoi la formation des premiers noyaux quelques minutes après le Big Bang diffère-t-elle de la formation ultérieure de noyaux plus lourds dans les étoiles ?

Elle produit surtout des noyaux légers, tandis que la fusion stellaire peut produire des noyaux plus lourds.
Elle produit surtout des noyaux lourds, tandis que la fusion stellaire forme principalement des noyaux légers.
Elle repose sur la fission de noyaux lourds, tandis que la fusion stellaire assemble des particules élémentaires.
Elle se déroule dans les étoiles, tandis que la fusion stellaire a lieu dans l’Univers primordial.

Elle produit surtout des noyaux légers, tandis que la fusion stellaire peut produire des noyaux plus lourds.

Explication

La fusion primordiale a formé notamment des noyaux d’hydrogène, de deutérium, d’hélium et de lithium, alors que la fusion dans les étoiles peut construire des noyaux plus lourds. La deuxième réponse inverse les produits caractéristiques de ces deux étapes.

10. Quel effet la fin de vie d’une étoile a-t-elle sur les éléments chimiques qu’elle a produits ?

Elle les concentre dans le cœur de l’étoile.
Elle les transforme tous en noyaux d’hydrogène.
Elle empêche la formation de noyaux plus lourds.
Elle les disperse dans l’espace environnant.

Elle les disperse dans l’espace environnant.

Explication

À la fin de la vie d’une étoile, les éléments qu’elle a produits sont dispersés. La fusion des noyaux légers explique la production d’éléments plus lourds, mais ne signifie pas qu’ils sont tous transformés en hydrogène.

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Quels noyaux se sont formés par fusion nucléaire quelques minutes après le Big Bang ?

Des noyaux d’hydrogène, de deutérium, d’hélium et de lithium.

Quelle température régnait dans l’Univers quelques minutes après le Big Bang ?

Environ 10910^9 K.

Quels noyaux légers fusionnent dans les étoiles pour former des noyaux plus lourds ?

Des noyaux légers fusionnent.

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