6 GEIPI - ENI 2008
IV. Radioprotection du personnel hospitalier
Il faut une couche de plomb d’épaisseur x1/2 = 4 mm pour diminuer de moitié le rayonnementgproduit. Le patient est placé dans une enceinte de plomb d’épaisseur 5 cm.
Quel est le pourcentage de rayonnement transmis à l’extérieur ? Données :
Masse du positon et de l’électron : 9,1.10−31kg Vitesse de la lumière dans le vide c = 3.108m.s−1 1 eV = 1,6.10−19J
16 ECE 2008
Vrai ou faux ?Le Commissariat à l’Énergie Atomique donne les informations suivantes sur le pou-voir de pénétration des rayonnements ionisants considérés comme isotropes : a. Les particulesacaractérisées par une pénétration très faible dans l’air : une simple feuille de papier peut les arrêter.
b. Les particulesb−caractérisées par une pénétration faible : une feuille d’aluminium de quelques millimètres peut les arrêter.
4 Physique atomique et nucléaire Enoncés
Figure 4.3
c. Les rayonnements g et X caractérisés par une pénétration très grande : une forte épais-seur de béton ou de plomb permet de s’en pro-téger.
On se propose de déterminer la dose radioac-tive reçue par un chercheur durant des manipu-lations d’une durée de deux heures. On consi-dère que l’expérimentateur a une surface expo-sée aux radiations de 0,75 m2, qu’il pèse 70 kg et qu’il est situé en moyenne à 2 m de la source durant les deux heures de manipula-tions (figure 4.3). L’activité de la source est A=1,85.105désintégrations par seconde. On donne 1 MeV=1,6.10−13 J.
1. Seuls les rayons béta moins, gamma et X peuvent atteindre l’expérimentateur.
2. Le nombre de particules qui atteignent l’élève pendant les deux heures est de l’ordre de 2.1010.
On considère que les particules atteignant le manipulateur ont une énergie de 0,622 MeV.
3. L’énergie de ces particules est d’environ 1,24.107MeV.
4. La dose absorbée est d’environ 3.10−15J.kg−1. Cette source ne présente aucun danger dans le cadre d’une utilisation normale.
4.3 Niveaux d’énergie atomiques
17 ECE 2007
Vrai ou faux ?1. Pour passer directement d’un niveau d’énergie Epà un niveau d’énergie supérieur En, un atome doit fournir une quantité d’énergie bien définie en émettant un photon.
2. Pour passer directement d’un niveau d’énergie Epà un niveau d’énergie inférieur En, un atome doit recevoir une quantité d’énergie bien définie en absorbant un pho-ton.
3. À toute transition électronique possible n → p (En > Ep) correspond un photon de longueur d’onde
ln→p= hc Ep−En
avec h≈6,6.10−34J.s constante de Planck.
4. Les raies brillantes des spectres d’émission correspondent aux transitions électro-niques au cours desquelles l’énergie de l’atome augmente.
Dunod–Laphotocopienonautoriséeestundélit
Enoncés 4 Physique atomique et nucléaire
18 ECE 2008
Vrai ou faux ?On prendra les valeurs suivantes pour tous les calculs : célérité de la lumière dans le vide : 3.108m.s−1; constante de Planck : h =6.10−34J.s ;
charge élémentaire : e=1,5.10−19C.
1. La fréquence d’un photon émis ou absorbé est reliée aux énergies Enet Eppar la relation de Bohr
DE =|Ep−En|=hg=hc l
avec E l’énergie, h la constante de Planck,gla fréquence en Hertz, c la célérité de la lumière etlla longueur d’onde.
2. L’énergie d’ionisation de l’atome d’hydrogène est l’énergie qu’il faut fournir pour arracher l’électron soit 13,6 eV.
L’atome d’hydrogène passe du niveau d’énergie correspondant à n = 5 au niveau p=3.
3. La longueur d’onde de la radiation émise estl≈12mm.
4. La radiation émise appartient au domaine de l’infrarouge.
19 FESIC 2006
Vrai ou faux ?Une radiation de longueur d’ondel =112 nm est émise dans le vide par un atome d’hydrogène excité.
Données : Célérité du son dans l’air :v=340 m.s−1; Célérité de la lumière dans le vide : c=3,0×108m.s−1; Constante de Planck : h=6,62×10−34J.s ;
340
112 =3,04 ;300
112 =2,68 ; 3,04×6,62≈20 ; 2,68×6,62≈17,7.
a. Cette radiation se situe dans l’infrarouge.
b. La fréquence de cette radiation est f =2,68×1015Hz.
c. L’énergie du photon correspondant est E =2×10−42J.
d. Le spectre de la lumière émise par un ensemble d’atomes d’hydrogène excités est un spectre de raies d’absorption.
4 Physique atomique et nucléaire Enoncés
20 FESIC 2007
Vrai ou faux ?Les ions hydrogénoïdes sont des ions formés à partir d’atomes de nombre de charge Z, auxquels on n’a laissé qu’un seul électron du cortège électronique (ex. He+, Li2+, Be3+ . . .). En 1913, Niels Bohr a montré que ces ions avaient des niveaux d’énergie quantifiés par la relation suivante :
En =−13,6 Z2 n2 ,
avec n entier strictement positif et Enexprimée en électronvolts (eV).
Le niveau 1 correspond à l’état fondamental. Le niveau énergétique le plus élevé est pris par convention égal à zéro.
Données : 13,6×2=27,2; 13,6×3=40,8; 13,6×4=54,4;
13,6×9=122; 13,6×12=163; 13,6×16=218.
a. Les ions hydrogénoïdes possèdent chacun Z niveaux d’énergie.
b. Le niveau fondamental de l’ion béryllium (III) Be3+a pour énergie El =−218 eV.
c. Lors du passage du niveau fondamental au niveau excité immédiatement supérieur, la variation d’énergie de l’ion Be3+est, en valeur absolue,|DE|=163 eV.
d. Ce passage se fait avec émission d’un rayonnement électromagnétique.
21 FESIC 2005
Vrai ou faux ?Soit l’ion lithium73Li2+, pour lequel les niveaux d’énergie possibles exprimés en élec-tronvolt sont donnés par la relation
En=−13,6Z2 n2
où Z est le numéro atomique de l’élément et n le niveau d’énergie.
Données : 122,4×1,6
6,62 ≈30 ; 1 eV=1,6×10−19J ; Constante de Planck : h=6,62×10−34J.s ;
Célérité de la lumière : c=3,0×108m.s−1; a. L’ion Li2+possède 1 électron.
b. L’énergie nécessaire pour arracher l’électron à l’ion est de 122,4 eV.
c. Pour passer du niveau fondamental au premier état excité, l’ion Lithium doit rece-voir une énergie égale à 1/4 de l’énergie précédente.
d. Pour arracher un électron à l’ion, il faut un photon ayant une longueur d’onde égale à 10 nm.
Dunod–Laphotocopienonautoriséeestundélit
Enoncés 4 Physique atomique et nucléaire
22 ECE 2007
Vrai ou faux ?On considère une cellule photoélectrique (dispositif qui produit du courant électrique quand il est exposé à de la lumière) fonctionnant avec des photons del=600 nm.
On prendra h ≈ 6,6.10−34J.s constante de Planck et e ≈ 1,6.10−19C la valeur absolue de la charge d’un électron.
1. L’énergie de l’électron susceptible d’interagir avec les atomes de la cellule est 1,1.10−19J.
2. L’énergie de l’électron susceptible d’interagir avec les atomes de la cellule est 7 eV.
3. Les photons del1=500 nm engendrent un courant.
4. Les photons del2=400 nm n’engendrent pas de courant électrique.