L’état 9943 T cm (12, énergie 142.68 keV) se désintègre d’abord par conversion d’électron vers l’état keV) qui se désintègre aussitôt après vers l’état fondamental (voir schéma ci-dessous)

SIGLE DU COURS: PHY 3600 NOM DU PROFESSEUR: Georges Azuelos TITRE DU COURS: Physique Nucléaire

EXAMEN PARTIEL: DATE: 10 décembre 2009 HEURE: 9h00 à 12h00 SALLE: Z-200 DIRECTIVES PÉDAGOGIQUES: Aucune documentation permise

Répondre à toutes les questions – Quelques informations utiles en dernière page

Le ⁹⁹₄₃Tc (technétium-99) a un état excité métastable, ⁹⁹₄₃T c^m, ayant une demi-vie de 6 heures. Le ⁹⁹43

T cm est très utilisé en physique médicale comme radio-traceur puisque sa désintégration est caractérisée par la présence d’un rayon gamma de 140 keV.

L’état ⁹⁹43

T cm (¹₂^, énergie 142.68 keV) se désintègre d’abord par conversion d’électron vers l’état ⁷₂^ (140.51 keV) qui se désintègre aussitôt après vers l’état fondamental (voir schéma ci-dessous).

Le ⁹⁹43

T cm est produit par désintégration ^ de 42⁹⁹Mo qui a une demie-vie de 66 heures, puis il est séparé chimiquement pour fins de médecine nucléaire. Le 42⁹⁹Moest lui-même produit par fission induite : ²³⁵92U n( ,fission)⁹⁹Mo X (jusqu’à récemment à Chalk River, en Ontario). Le ₄₂⁹⁹Mo est un produit de la fission dans 6% des cas.

En se basant si nécessaire sur les schémas et figures ci-dessous,

1. Expliquer pourquoi l’²³⁵92U est nécessaire (ou l’Uranium enrichi), plutôt que l’²³⁸92U qui est plus abondant. On sait que l’énergie de séparation d’un neutron de ²³⁶92U est de 6.55 MeV et celle de ²³⁹92U est de 4.80 MeV.

2. Pourquoi le 42⁹⁹Mo se désintègre-t-il principalement vers l’état métastable du ⁹⁹43T c ?

3. Le ₄₂⁹⁹Mo se désintègre vers l’état ⁹⁹₄₃T c^m du technétium avec une probabilité de 82%, mais pour simplifier, on supposera que la probabilité est de 100%. Pour une quantité donnée, nombre

0

NMode noyaux de ₄₂⁹⁹Mo, produite à un temps t0, quelles seraient, à un temps t0 ,

a. le nombre de noyaux de ₄₂⁹⁹Mo b. le nombre de noyaux de ⁹⁹₄₃T c^m

c. décrire schématiquement les courbes d’activité du 42⁹⁹Mo et du ⁹⁹43

T cm en fonction du temps.

5. Pourquoi le 43T c choisit-il, avec forte probabilité, de se désintégrer par conversion interne ? Expliquer le processus de conversion interne.

6. Quelle serait la multipolarité d’une émission ^ de l’état ¹₂^ vers l’état ⁷₂^ ?

7. Le ⁹⁹43

T cm peut aussi se désintégrer par émission ^ vers le 44⁹⁹Ru (voir 2^e schéma ci- dessous), mais avec une très faible probabilité : 0.004%. Pourquoi ce mode de désintégration a-t-il une faible probabilité ?

8. En ce basant sur la figure 3 ci-dessous, donner une explication possible des spins et parités des 3 premiers niveaux du ⁹⁹43T c

Autres questions brèves

9. Comment sait-on que le neutrino existe ? Si on pouvait faire des expériences de grande précision, comment ferait-on pour mesurer sa masse ?

10. Pour une désintégration du typeX Y e ^ , dériver une relation entre la valeur Q de ce processus et les masses des noyaux X et Y. Quel processus entre généralement en compétition avec la désintégration ^ ?

11.expliquer la ligne Yrast

12.nombres magiques : donner trois observations expérimentales qui suggèrent l’existence de nombres magiques de nucléons dans les noyaux. À quoi sont dûs ces nombres magiques?

13.Quels sont les composantes de la formule semi-empirique de masse de Weiszäcker?

(pas nécessaire de donner les formules). Justifier brièvement chacune de ces composantes.

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Fig. 3 : Orbites du modèle en couches pour puits carré infini avec potentiel spin-orbite.

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