Scintigraphies médicales: iode 131
On utilise généralement de l'iode 131 émetteur (β-, γ) de constante radioactive λ, pour faire des scintigraphies médicales.
À une date t = 0, on injecte une dose de masse M0 d'iode radioactif dans le corps du patient, et un détecteur repère les atomes d'iode 131 fixés (sur la glande thyroïdienne, par exemple), en mesurant le flux de rayonnements γ. A est l'activité de l'iode 131 à la date t. avec la relation 2.31.1. Donner la composition du noyau d'iode 131 élément 53?
1.2. Quelle est la particule émise lors de la désintégration de l'iode 131 ? Écrire l'équation de désintégration de l'iode 131? 2.1. Définir la demi-vie T? 2.1. Donner, sans démonstration, l'expression de la loi de décroissance radioactive A = f(t) en fonction de la constante radioactive λ. Définir chaque terme introduit et en donner les unités. 2.3. Montrer, en utilisant la relation précédente, que la constante radioactive l est liée à la demi-vie T par la relation (voir image avec la relation 2.3) 3. Détermination de la masse d'iode injectée La courbe ln(A) = f(t) de l'échantillon de masse m0 est représentée ci-dessous. 3.1. Quelle est l'activité initiale A0 de l'échantillon à la date t = 0 ? 3.2. Déterminer l'équation de la courbe ln(A) = f(t). Cette équation est-elle en accord avec l'expression théorique? 3.3. En utilisant la courbe, déterminer la demi-vie de l'iode 131. (voir image) 3.4. Déterminer la masse m0 d'iode injectée. |
Le "combustible" utilisé dans les centrales nucléaires est l'uranium
Une centrale nucléaire est une usine qui produit de l'électricité à partir d'un combustible nucléaire.
Elle transforme l'énergie libérée par la fission d'un combustible en énergie mécanique, puis en énergie électrique. L'énergie produite assure le fonctionnement d'un alternateur qui crée un courant électrique. Le combustible utilisé dans les centrales nucléaires est l'uranium, un métal relativement abondant dans l'écorce terrestre. L'uranium naturel est constitué de trois isotopes de l'uranium; seul l'uranium 235 est fissile. |
1. Étude des noyaux d'uranium 235 et 238
L'uranium naturel est constitué de 0,7 % d'uranium 235 et de 99,3 % d'uranium 238.
On donne l'énergie de liaison par nucléon de deux des noyaux d'uranium.
El/A (uranium 235) = 7,59 MeV/nucléon;
El/A (uranium 238) = 7,30 MeV/nucléon.
1.1. Donner la composition des deux noyaux d'uranium 235 et 238.
1.2. Donner la représentation symbolique de ces deux noyaux.
1.3. Quel est l'ordre de grandeur de la masse molaire de l'uranium? Justifier sans calcul.
1.4. Définir l'énergie de liaison El d'un noyau. Quelle relation lie l'énergie de liaison à la masse des différents constituants du noyau?
1.5. Rappeler la définition de l'énergie de liaison par nucléon El/A.
1.6. De ces deux noyaux d'uranium, quel est celui qui est le plus stable? Justifier.
L'uranium naturel est constitué de 0,7 % d'uranium 235 et de 99,3 % d'uranium 238.
On donne l'énergie de liaison par nucléon de deux des noyaux d'uranium.
El/A (uranium 235) = 7,59 MeV/nucléon;
El/A (uranium 238) = 7,30 MeV/nucléon.
1.1. Donner la composition des deux noyaux d'uranium 235 et 238.
1.2. Donner la représentation symbolique de ces deux noyaux.
1.3. Quel est l'ordre de grandeur de la masse molaire de l'uranium? Justifier sans calcul.
1.4. Définir l'énergie de liaison El d'un noyau. Quelle relation lie l'énergie de liaison à la masse des différents constituants du noyau?
1.5. Rappeler la définition de l'énergie de liaison par nucléon El/A.
1.6. De ces deux noyaux d'uranium, quel est celui qui est le plus stable? Justifier.
Étude de la fission de l'uranium 235
La fission de l'uranium 235 dégage une grande quantité d'énergie. Sous l'impact d'un neutron lent, le noyau d'uranium se brise et libère deux ou trois neutrons, entraînant ainsi une réaction en chaîne. Les noyaux fils qui se forment sont nombreux.
Lors de la fission du noyau d'uranium, il se forme par exemple de l'iode 139 et un isotope de l'yttrium. |
2.1. Donner les lois de conservations vérifiées lors d'une réaction nucléaire.
2.3. Déterminer la perte de masse, en u, lors de cette réaction.
2.4. Expliquer en quelques phrases pourquoi cette réaction doit être «contrôlée ».
2.5. Déterminer, en MeV, l'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium 235.
2.6. En déduire l'énergie, exprimée en MeV, libérée par 1 g d'uranium 235.
2.7. En pratique, on utilise de l'uranium enrichi, c'est-à-dire un mélange d'uranium contenant environ 3% d'uranium 235. Quelle est la masse minimale d'uranium enrichi consommée par jour dans une centrale de 1 000 MW?
2.3. Déterminer la perte de masse, en u, lors de cette réaction.
2.4. Expliquer en quelques phrases pourquoi cette réaction doit être «contrôlée ».
2.5. Déterminer, en MeV, l'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium 235.
2.6. En déduire l'énergie, exprimée en MeV, libérée par 1 g d'uranium 235.
2.7. En pratique, on utilise de l'uranium enrichi, c'est-à-dire un mélange d'uranium contenant environ 3% d'uranium 235. Quelle est la masse minimale d'uranium enrichi consommée par jour dans une centrale de 1 000 MW?
3. Les produits de la fission de l'uranium 235 sont nombreux et divers. La demi-vie t1/2 ou T (ou période radioactive) des noyaux radioactifs est très variable d'un noyau à l'autre.
Le baryum 140, un des produits de la fission de l'uranium, se désintègre en lanthane 140 puis en cérium 140.
3.1. Écrire les équations de désintégration du baryum 140 en lanthane 140, puis du lanthane 140 en cérium 140. Justifier.
3.2. Quel type de désintégration le baryum et le lanthane subissent-ils?
3.3. On considère un échantillon contenant No noyaux d'un élément radioactif à la date t = 0.
Définir la demi-vie T
3.4. Définir la constante radioactive l.
3.5. À une date t, l'échantillon contient N noyaux radioactifs. Rappeler la loi que vérifie N en fonction de la constante radioactive et de No.
3.6. Définir puis calculer l'activité d'un échantillon de masse m = 1 g d'uranium 235. Que
pensez-vous de l'activité des déchets de la fission? On supposera que tous les noyaux
d'uranium contenus dans l'échantillon se sont désintégrés en baryum 140.
Le baryum 140, un des produits de la fission de l'uranium, se désintègre en lanthane 140 puis en cérium 140.
3.1. Écrire les équations de désintégration du baryum 140 en lanthane 140, puis du lanthane 140 en cérium 140. Justifier.
3.2. Quel type de désintégration le baryum et le lanthane subissent-ils?
3.3. On considère un échantillon contenant No noyaux d'un élément radioactif à la date t = 0.
Définir la demi-vie T
3.4. Définir la constante radioactive l.
3.5. À une date t, l'échantillon contient N noyaux radioactifs. Rappeler la loi que vérifie N en fonction de la constante radioactive et de No.
3.6. Définir puis calculer l'activité d'un échantillon de masse m = 1 g d'uranium 235. Que
pensez-vous de l'activité des déchets de la fission? On supposera que tous les noyaux
d'uranium contenus dans l'échantillon se sont désintégrés en baryum 140.
Fusion nucléaire
Déterminer l'énergie produite par cette réaction de fusion, donner le résultat en MeV
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Chape de Saint Louis d'Anjou
Un petit QCM |
Un petit texte à trous |
mots croisés |
Théorie: fonctionnement d'une centrale PWR |