P03 : Etude des désintégrations radioactives
La source radioactive est un échantillon de Césium 137.
I. LA RADIOACTIVITE - A) Aspect microscopique
Le césium est un métal de la famille des alcalins :
1) Dans quelle colonne de la classification périodique se trouve- t- il ?
2) Utiliser la classification périodique pour déterminer le symbole du noyau de césium 137. Quelle est sa composition ? Ce type de noyau est instable : il peut se désintégrer en donnant un noyau de baryum 137 et une particule appelée -. Le noyau de césium est appelé noyau père, il donne naissance au noyau de baryum qui est le noyau fils
3) Utiliser la classification périodique pour déterminer le symbole du noyau de baryum 137. Quelle est sa composition ? Au cours d’une réaction nucléaire il y a conservation du nombre A de nucléons et conservation de la charge électrique Z.
4) Quel est le nombre de nucléons contenus dans la particule émise ? Quelle est sa charge ?
5) Quelle particule reconnaît-on ? Trouver son écriture en physique nucléaire (faire apparaître son nombre de nucléons en haut, à gauche de son symbole et sa charge en bas à gauche)
6) Ecrire l’équation de la réaction nucléaire correspondante (du type 137....Cs 137.... Ba ……. ) 7) D’après la composition des noyaux pères et fils, que s’est il passé ?
8) On note 11p le symbole du proton en physique nucléaire et 01ncelui du neutron. Donner par une équation nucléaire la transformation observée par le neutron.
9) Bilan d’une désintégration - : écrire la réaction nucléaire générale d’un noyau père ZAX donnant un noyau fils Y.
B) Aspect macroscopique
On utilise un appareil muni d’un compteur Geiger-Muller (C.R.A.B. : compteur de radioactivité alpha et bêta) qui permet de déterminer le nombre de particules reçues par le détecteur pendant un intervalle de temps t.
La source radioactive est du 13755Cs , radioactive -. Le détecteur est maintenu à environ 10 cm de la source radioactive.
On effectue 150 comptages successifs d’une durée t=1s chacun. Le nombre de fois où on trouve la valeur ni est notée xi. 1) Utiliser le tableur d’Open office (clique droit sur l’icône en bas à droite de l’écran puis classeur) afin de construire et
compléter un tableau du type :
2) Représenter xi en fonction de ni par un diagramme en bâtons :
- sélectionner les deux lignes relatives à ni et xi puis cliquer sur « insertion » et « diagramme » ;
- cocher « premier ligne comme étiquette » puis suivant ;
- sélectionner le diagramme en colonnes, cocher les données en lignes puis Créer
3) Quelle caractéristique du phénomène de radioactivité ces résultats mettent-ils en évidence ?
4) Quelle est la valeur la plus probable ?
5) Exprimer en fonction de ni et xi la valeur moyenne n. Compléter votre tableau en calculant le produit ni.xi puis en déduire la valeur moyenne n . (on utilisera la fonction somme( ) du tableur dans les cases Q2 et Q3)
6) Compléter votre tableau afin de déterminer la variance V =
i i i
x n n x ( )2
.
7) Calculer l’écart type : = V ( avec Open office, la fonction racine carrée est RACINE( )). Qu’exprime l’écart type ? 8) 250 nouveaux comptages ont été réalisés dans les mêmes conditions expérimentales. On a obtenu les résultats du tableau ci-dessous. Ajouter aux valeurs obtenues en classe ces résultats puis noter vos observations concernant la valeur moyenne n et l’écart type. Conclure.
nb ni de désintégrations 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
nb de fois xi 0 9 18 37 46 45 35 26 23 3 3 1 2 2
9) La même expérience est répétée mais cette fois-ci t=2s. On a obtenu le tableau suivant :
ni 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
xi 0 0 0 3 3 1 6 4 10 14 20 10 10 8 5 4 1 1
La valeur moyenne a été calculée à 9,9. Que peut-on conclure ?
II. LA RADIOACTIVITE + : ASPECT MICROSCOPIQUE
Exemple : le noyau de Thallium 201 (symbole chimique Tl) utilisé en scintigraphie médicale est instable : Il se transforme en un noyau de mercure 201 (symbole Hg) avec émission d’une particule appelée +.
1) Donner la composition du noyau père et du noyau fils.
2) En appliquant les 2 lois de conservation précédentes, trouver le nombre de nucléons ainsi que la charge électrique contenus dans la particule +.
3) Cette particule + est appelée positon. Elle possède une masse identique à celle de l’électron mais une charge opposée à celui-ci, son symbole est aussi e. Donner son symbole en physique nucléaire.
4) Ecrire l’équation de cette réaction nucléaire
5) Quelle est la particule qui s’est transformée ? Ecrire l’équation de la réaction nucléaire associée à cette transformation.
6) Bilan d’une désintégration + : écrire la réaction nucléaire générale d’un noyau père ZAX III. LA RADIOACTIVITE : ASPECT MICROSCOPIQUE
Exemple : le noyau d’uranium 238 est émetteur d’une particule en donnant un noyau de Thorium 234 (Th).
1) Donner la composition du noyau père et du noyau fils.
2) En appliquant les 2 lois de conservation précédentes, trouver le nombre de nucléons contenus dans la particule et sa charge électrique.
3) Cette particule est un noyau d’atome. Lequel (justifier) ? En déduire son symbole en physique nucléaire.
4) Ecrire l’équation de cette réaction nucléaire
5) Bilan d’une désintégration : écrire la réaction nucléaire générale d’un noyau père ZAX
