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UE6 Physique Physiologie > Radioactivité et RI > Flashcards

Radioactivité et RI Flashcards

1
Q

Quels sont les différents rayonnements ionisants ?

A
  • Rayonnements électromagnétiques (rayons X et γ)
  • Rayonnements particulaires (au sens particules massiques : α, β, neutrons, produits de fission, …)
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Q

Utilisation des rayonnement ionisant en médecine nucléaire ?

A
  • Diagnostic (radiographie, scanner X, PET-scan, scintigraphie, …)
  • Traitement (radiothérapie : irradiation externe ou interne (curiethérapie) de tumeur)
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Q

A quoi correspond 1 Å (Ångström) ?

A

10^-10 m

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4
Q

Diamètre d’un atome ?

A

1 Å : 10^-10 m

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5
Q

Diamètre d’un noyau d’atome ?

A

10^-15 m

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6
Q

A quoi correspondent les éléments de la représentation des atomes suivante ? A/Z X ?

A

=> Noyau constitué de A nucléons
* Z protons (p) de :
- masse mp
- charge e
* N = (A - Z ) neutrons (n) de :
- masse mn
- charge nulle (particule neutre)

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7
Q

Composition d’un atome ?

A

Atome = noyau + électrons

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8
Q

A quoi correspond le “A” de la représentation de l’atome ?

A
  • Nombre de masse
  • Nombre de nucléons
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9
Q

A quoi correspond le “Z” de la représentation de l’atome ?

A
  • Nombre de charges
  • Numéro atomique
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10
Q

Qu’est-ce qu’un isobare ?

A

mêmes A, Z différents

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11
Q

Qu’est-ce qu’un isotones ?

A

mêmes N, A et Z différents

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12
Q

Qu’est-ce qu’un isotopes ?

A

Mêmes Z , A différent

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13
Q

Qu’implique l’énergie de liaison des nucléons ?

A

La masse du noyau < Somme des masses des A nucléons qui le constituent

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14
Q

Calcul “exacte” de la masse du noyau d’un atome ?

A

m noy. at = Z. m(p) + (A-Z).m(n) - Δm
avec : -Δm = au défaut de masse

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15
Q

Qu’implique l’équivalence masse-énergie ?

A

Une particule de masse m possède une énergie :
* E = m*c² <= Relation d’Einstein

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16
Q

A quoi correspond le défaut de masse ?

A

Energie libérée lors de la formation du noyau

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17
Q

Calcul de l’énergie de la liaison nucléaire ?

A

B = Δm*c²

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18
Q

Qu’est-ce que l’énergie de liaison d’un système ?

A

= énergie cédée au milieu extérieur lors de la formation du système
= énergie qu’il faut fournir au système pour le dissocier

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19
Q

Qu’est-ce que l’énergie de liaison nucléaire ?

A

=> B
= énergie cédée au milieu extérieur lors de la formation du noyau
= énergie qu’il faut fournir au noyau pour le dissocier en ses A constituants
= Δm*c² avec Δm le défaut de masse du noyau

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20
Q

Que se passe-t-il lors de la formation du noyau ?

A

⇒ le milieu extérieur gagne de l’énergie : + B (≥ 0)
⇒ le système (les A constituants du noyau) perd de l’énergie : − B (≤ 0) : Donc le système est plus stable après formation du noyau

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21
Q

Quelle est l’énergie nécessaire d’apporter pour dissocier le noyau en ses A constituant ?

A

Il faut lui fournir l’énergie + B (≥ 0)

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22
Q

A quoi correspond l’énergie de liaison nucléaire par nucléon ?

A

B/A

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23
Q

Quelle sont les unités utilisées pou la masse et l’énergie d’un atome ?

A
  • Unité de masse : Unité de masse atomique (uma ou u)
  • Unité d’énergie : Électron-volt (eV)
    => Équivalence masse-énergie : 1 u ≡ 931,49 MeV
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24
Q

Caractéristiques de l’unité de masse atomique ?

A

=> uma ou u
* 1/12ème de la masse d’un atome de 12C, non lié, au repos, dans son état fondamental
* 1 u = 1,66054.10-27 kg

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25
Q

Caractéristiques de l’électron-volt ?

A

=> eV
* Énergie cinétique acquise par un électron accéléré par une différence de potentiel de 1V
* 1 eV = 1,60218.10-19 J

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26
Q

Que représente la courbe d’Aston ?

A
  • L’énergie de liaison par nucléon en fonction de A
  • Abscisses : Nombre de nucléons A
  • Ordonnées : - B/A
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27
Q

D’après la courbe d’Aston quels sont les éléments chimiques les plus stables ?

A

Fe, Ni et Co : composition du noyau de la Terre

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28
Q

Viabilité de la stabilité d’un atome ?

A

Pas d’atome stable après le plomb : A > à 208

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29
Q

Définition de la fusion ?

A

Plusieurs noyaux légers se regroupent pour donner un noyau plus lourd (de plus basse − B/A donc de plus grande B/A)

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30
Q

Définition de la fusion ?

A

Un noyau lourd se scinde en plusieurs noyaux plus légers (de plus basses − B/A, donc de plus grandes B/A)

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31
Q

Principaux avantage de la fusion ?

A
  • Produit plus d’énergie
  • “fonctionne” avec des petits noyaux
  • produit beaucoup moins de déchets radioactifs
    => Candidat parfait pour l’énergie nucléaire ((propre))
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32
Q

Exemple de réaction de fission ?

A

235/92 U → 140/55 Cs + 95/37 Rb

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33
Q

Quelle est la principale force de liaison des nucléons ?

A

Interaction nucléaire forte

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34
Q

Caractéristiques de l’interaction nucléaire forte ?

A
  • Force attractive
  • De forte intensité
  • De très faible portée (~10-15 m)
  • Indépendante de la charge des nucléons
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35
Q

Quelles sont les interaction physiques qui ont lieu entre des nucléons ?

A

=> 4
- Interaction gravitationnelle
- Interaction électromagnétique
- Interaction nucléaire forte
- Interaction nucléaire faible

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36
Q

Définition des particules fondamentales ?

A

Particules auxquelles – en l’état actuel du développement de la physique – il est impossible d’attribuer une structure interne qui serait l’association d’autres particules

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37
Q

Qu’a-t-on découvert au cours des années 60 en utilisant les accélérateurs de particules ?

A
  • Proton et neutron ne sont pas des particules fondamentales
  • Existence des antiparticules (même masse mais autres caractéristiques opposées à celles des particules)
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38
Q

Qu’est-ce qu’un positon ?

A

Antiélectron (même masse que l’e- et charge opposée)

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39
Q

Qu’est ce qu’une annihilation ?

A

e+ + e- → 2γ
=> Deux photons d’énergie mec² émis dans la même direction et en sens opposés

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40
Q

Que sont les quarks ?

A

=> Particules fondamentales constituant les nucléons (ainsi que d’autres particules)

41
Q

Répartitions des quarks ?

A

=> 3 familles :
* 1ère famille : up et down
* 2nd famille
* 3ème famille
=> 2 et 3 sont les quarks lourds et instables qui deviennent souvent des quarks de 1ère famille

42
Q

Composition des protons et neutrons en quarks ?

A
  • Proton : (u,u,d)
  • Neutron : (u,d,d)
43
Q

Caractéristiques des Bosons ?

A

=> Photons
* Spin entier, suivent la statistique de Bose-Einstein
* Peuvent être au même endroit dans un
même état quantique

44
Q

Caractéristiques des Fermions ?

A

=> Baryons : Nucléons (proton/neutron)
=> Leptons : Electrons, Neutrino associé à l’électron
* Particules qui constituent la matière
* Spin demi-entier, suivent la statistique de Fermi-Dirac
* Ne peuvent pas être au même endroit dans un même état quantique (principe d’exclusion de Pauli)

45
Q

A quoi peut aboutir l’assemblage de nucléons ?

A

=> Noyaux stables
=> Noyaux instables dit radioactif

46
Q

Définition de noyau radioactif ?

A

Se désintègrent :
Modifient leur structure pour revenir vers la stabilité en émettant un ou plusieurs rayonnements (ou particules)

47
Q

Définition de noyau radioactif ?

A

Se désintègrent :
Modifient leur structure pour revenir vers la stabilité en émettant un ou plusieurs rayonnements (ou particules)

48
Q

Définition de noyau radioactif ?

A

Se désintègrent :
Modifient leur structure pour revenir vers la stabilité en émettant un ou plusieurs rayonnements (ou particules)

49
Q

Qu’implique la dualité onde-corpuscule ?

A

=> Particule de quantité de mouvement p :
p = mv
=> Onde (rayonnement) de longueur d’onde :
λ = h/p : Relation de De Broglie
Avec la lumière par exemple en reliant les deux on obtient :
p = (E/c)vect u = (u(hnu)/c)vect

50
Q

En radioactivité à quoi correspond “T” ?

A
  • C’est le temps au bout duquel la moitié des noyaux initiaux se sont désintégrés
    => Période radioactive ou demi-vie
  • T peut aller d’une fraction de seconde à plusieurs milliards d’années
51
Q

Nombre de noyaux identifiés, identifié et stables ?

A

=> identifiés : 3000
=> Stables : 300

52
Q

Nombres d’élément connus, connus sans isotopes stables ?

A

=> Connus : 118
=> Aucun isotope stable : 38

53
Q

Que sont les “Nombres magique” ?

A

Valeurs de Z ou N pour lesquelles plus d’isotopes ou isotones stables et ayant des énergies de liaison plus fortes
=> 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126

54
Q

Noyaux stables ?

A
  • Pour Z < 20 : noyaux stables au voisinage de la droite Z = N
  • Pour Z > 20 : noyaux stables pour Z < N
55
Q

A quoi correspond l’état fondamental du noyau ?

A

m(noy)*c²

56
Q

Définition de la radioactivité ?

A

Emission spontanée de rayonnement corpusculaire ou électromagnétique par un noyau

57
Q

Quels sont les différents types de rayonnements ?

A

Selon la source radioactive :
* Rayonnements qui modifient la composition
des noyaux émetteurs
* Rayonnements qui ne modifient pas la composition des noyaux émetteurs

58
Q

Rayonnements qui ne modifient pas la composition des noyaux émetteurs ?

A

=> Rayons γ et X : rayonnement électromagnétique (photons)
* Grande énergie, généralement Eγ > EX
* Fort pouvoir pénétrant : plusieurs cm à m de Plomb pour les arrêter (selon leur énergie)

59
Q

Rayonnements qui modifient la composition
des noyaux émetteurs ?

A
  • Particules α : noyaux 4/2 He
  • Particules β- : électrons 0/-1 e
  • Particules β+ : positons0/1 e
60
Q

Caractéristiques des particules α ?

A
  • Charge 2e, particules lourdes
  • faible pouvoir pénétrant : quelques cm d’air ou une feuille d’Aluminium suffisent à les arrêter
61
Q

Caractéristiques des particules β- ?

A
  • Vitesse proche de c
  • Charge -e
  • particules légères
  • Plusieurs m d’air ou mm d’Aluminium pour les arrêter (selon leur énergie)
62
Q

Caractéristiques des particules β+ ?

A
  • Vitesse proche de c
  • Charge e
  • particules légères
  • plusieurs m d’air ou mm d’Aluminium pour les arrêter (selon leur énergie)
  • en fin de parcours : réaction d’annihilation
63
Q

Equation de désintégration radioactive ?

A

Noyau père → Noyau fils + Particule(s)

64
Q

Lois de conservation lors d’une désintégration radioactive ?

A

=> Conservation de la charge électrique
=> Conservation du nombre de nucléons
=> Conservation de l’énergie
=> Conservation de la quantité de mouvement

65
Q

Caractéristiques de la radioactivité α ?

A
  • Noyau père : excès de nucléons (noy. lourds)
  • Le noyau se libère de cet excès de masse en émettant une particule α : NOYAU d’hélium
  • (A/Z) X → (A-4/Z-2) Y(*) + (4/2) He
  • Le noyau fils est éventuellement dans un état excité
  • [(A/Z) X] → [(A-4/Z-2) Y(*)]²- +[(4/2) He]²+
66
Q

Conservation de l’énergie avec la radioactivité α ?

A

mXc² = mαc² + Ecα(i) + mYc² +Eri + Eγi

67
Q

Spectre énergétique des particules α ?

A

=> Spectre de raies
=> Spectre discret

68
Q

Caractéristiques des particules α ?

A
  • très énergétiques (3 à 10 MeV)
  • lourdes (6,64.10^-27 kg) ⇒ lentes (≈ 10^7 m.s-1)
  • peu pénétrantes
69
Q

Transition les plus énergétiques des particules α ?

A

α4 et α5
=> Se sont aussi les plus fréquentes

70
Q

Caractéristique de la radioactivité β- ?

A
  • Noyau père : excès de neutrons
  • Un neutron se transforme en proton avec émission d’un électron (particule β-) et d’un antineutrino de l’électron
  • (1/0)n → (1/1)p + (0/-1)e + (0/0)ν(barre)
  • (A/Z)X → (A/Z+1)Y(*) + (0/-1)e + (0/0)ν(barre)
  • [(A/Z)X] → [(A/Z+1)Y(*)]^+ +(0/-1)e + (0/0)ν (barre)
71
Q

Conservation de l’énergie radioactivité β- ?

A

mXc² = mYc² +Eri + Eγi + mec² +Ece(i) + Ec(nu barre)ei
=> Énergie de recul du noyau fils : négligeable

72
Q

Comment peut on prouver que la réaction de radioactivité β- est possible ?

A

=> Conservation de l’énergie :
MX ≥ MY → masse des atomes neutres

73
Q

Caractéristiques du spectre d’énergie des particules β- ?

A

Spectre continu

74
Q

Caractéristiques des particules β- ?

A
  • E = 0 à qques MeV mais généralement ≈ 100 keV
  • légères ⇒ rapides ( ≈ c) (particules relativistes)
  • plus pénétrantes que les α
75
Q

Caractéristiques de la radioactivité β+ ?

A
  • Noyau père : excès de protons
  • Un proton se transforme en neutron avec émission d’un positon (particule β+) et d’un neutrino
  • (1/1)p → (1/0)n + (0/1)e + (0/0)ve
  • (A/Z)X → (A/Z-1)Y(*)+ (0/1)e + (0/0)ve
  • [(A/Z)X] → [(A/Z-1)Y(*)]- +(0/1)e +(0/0)ve
76
Q

Conservation de l’énergie de la radioactivité β+ ?

A

mXc² = mYc² + Eri + Eγi + mec² + Ecei + Ecvei

77
Q

Comment peut on prouver que la réaction de radioactivité β+ est possible ?

A

=> Conservation de l’énergie
MX - MY ≥ 2me → Masses des atomes neutres

78
Q

Caractéristique du spectre énergétique des particules β+ ?

A

=> Spectre continu

79
Q

Caractéristiques des particules β+ ?

A
  • E = 0 à qques MeV mais généralement ≈ 100 keV
  • légères ⇒ rapides (≈ c) (particules relativistes)
  • même pouvoir pénétrant que les β- puis annihilation
80
Q

Condition de la capture électronique ?

A

Noyau père : excès de proton

81
Q

Déroulé de la capture électronique ?

A

Un électron du cortège électronique de l’atome est capté par le noyau et s’associe à un proton pour former un neutron (+ émission d’un neutrino)

82
Q

Equations de la réaction de capture électronique ?

A
  • (1,1)p + (0,-1)e couche interne → (1,0)n + (0,0)νe
  • (A,Z)X + (0,-1)e couche interne → (A,Z-1)Y(*) + (0,0)ve
  • [(A,Z)X] → [(A,Z-1)Y()] + (0,0)ve
83
Q

Rapport entre la massa de l’atome père et fils pour la capture électronique ?

A

La masse de l’atome père doit être supérieur ou égal à celle de l’atome fils

84
Q

Que provoque la capture d’une électron d’une couche interne par le noyau ?

A

Lacune dans le cortège électronique de l’atome
=> Atome neutre, un trou en couche interne ⇒ cortège électronique fortement excité

85
Q

Caractéristiques de la désexcitation γ ?

A
  • Désexcitation du noyau fils issu de radioactivité α, β-, β+ ou de capture électronique, par émission d’un photon γ
  • /!\ Pas forcément passage à l’état fondamental : peut juste ê de + basse énergie
  • Seules certaines transitions énergétiques sont permises lors de la désexcitation radiative
86
Q

Nature du spectre énergétiques des particules γ ?

A

Spectre de raies

87
Q

Equation de la désexcitation γ ?

A

(A,Z)Y* → (A,Z)Y(*) + γ

88
Q

Qu’est-ce que la conversion interne ?

A

Désexcitation du noyau fils issu de radioactivité α, β-, β+ ou de capture électronique, par éjection d’un électron du cortège de l’atome (couche interne)

89
Q

Conséquences de la conversion interne ?

A

L’atome est ionisé positivement + un trou en couche interne ⇒ cortège électronique fortement excité

90
Q

Equations de la conversion interne ?

A
  • (A,Z)Y* + (0,-1)e couche interne → (A,Z)Y(*) + (0,-1)e
  • [(A,Z)Y] → [(A,Z)Y()]+^* + (0,-1)e
91
Q

Quels sont les possibles désexcitation du cortège électronique ?

A
  • Émission X
  • Effet Auger
92
Q

Propriétés des émissions X ?

A
  • Désexcitation du cortège électronique (présentant un trou en couche interne) par émission d’un photon X
  • [(A,Z)Y]* → (A,Z)Y + X
93
Q

Propriété de l’effet Auger ?

A
  • Désexcitation du cortège électronique par éjection d’un électron d’une couche interne supérieure à celle du trou
  • [(A,Z)Y]* → [(A,Z)Y]^+(*) + (0,-1)e Auger
94
Q

Quelle est la différence entre les rayons et γ ?

A

Leur origine et non pas leur énergie : l’un vient de la réorganisation du noyau (γ) l’autre du cortège électronique (X)

95
Q

Quels sont les différents types de réactions nucléaires existantes ?

A
  • Réactions photonucléaires
  • Transformations des noyaux
96
Q

Caractéristiques des réaction photonucléaires ?

A

Interactions de photons γ de grande énergie (> 10 MeV) avec les noyaux :
- Excitation du noyau
- Fission du noyau
- Arrachement de un ou plusieurs nucléons

97
Q

Que peuvent être les transformations des noyaux ?

A
  • Transformations spontanées des noyaux
  • Transformations induites par collisions (noyaux-particules ou noyaux-noyaux)
98
Q

Quelles sont les transformations spontanées des noyaux ?

A
  • Radioactivité (α, β-, β+, capture électronique)
  • Fission spontanée : 1 noyau lourd → 2 ou plusieurs noyaux légers
  • Émission spontanée de protons ou de neutrons

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