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Fiche de révision
QCM QUESTY |
Évolution d’un système siège d’une transformation nucléaire |
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1)- Notions essentielles à retenir. 3)- Formules indispensables et unités. 5)- Schémas explicatifs simples. |
Fiche
de révision — Radioactivité et décroissance radioactive
1)-
Notions
essentielles à retenir
-
Radioactivité : phénomène naturel,
spontané, aléatoire et impossible à prévoir noyau par noyau.
-
Un noyau instable se transforme en un
noyau plus stable : le noyau initial est le noyau-père, le noyau
obtenu est le noyau-fils.
-
Une désintégration radioactive peut émettre
une particule α, β− ou β+,
souvent accompagnée d’un rayonnement γ.
-
Les équations nucléaires respectent toujours
la conservation du nombre de masse A et du nombre de charge Z.
-
La loi de décroissance radioactive décrit
l’évolution statistique d’un grand nombre de noyaux radioactifs.
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Type |
Particule
émise |
Effet sur
le noyau |
Pouvoir
pénétrant |
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α |
Noyau
d’hélium
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A diminue de
4 ;
Z
diminue de 2 |
Faible :
arrêtée par
une feuille
de papier
ou quelques
cm d’air |
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β− |
Électron
|
Un neutron
devient un
proton ;
Z
augmente de 1 |
Moyen :
arrêtée par
du plexiglas
ou de
l’aluminium |
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β+ |
Positon
|
Un proton
devient un
neutron ;
Z
diminue de 1 |
Moyen :
arrêtée par
du plexiglas
ou de
l’aluminium |
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γ |
Photon très
énergétique |
A
et Z inchangés |
Très fort :
atténué par
une forte
épaisseur de
plomb |
3)-
Formules indispensables et unités
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Grandeur
relation |
Formule |
Unités |
À savoir |
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Loi de
décroissance
radioactive |
N(t) = N0
e−λ . t |
N
: nombre de
noyaux ;
t
en s ; λ
en s−1 |
Le nombre de
noyaux
radioactifs
diminue
exponentiellement. |
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Activité
radioactive |
A (t) = λ N
(t) |
A
en becquerels :
1 Bq = 1
désintégration·s−1 |
L’activité
mesure
le nombre de
désintégrations
par seconde. |
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Décroissance
de l’activité |
A(t) = A0
e−λ . t |
A
en Bq ; t en s ;
λ
en s−1 |
L’activité
suit la
même loi que
N (t). |
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Demi-vie |
t1/2
= ln (2) / λ |
t1/2
en s si λ est en s−1 |
Durée au bout
de
laquelle la
moitié
noyaux
radioactifs
s’est
désintégrée. |
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Datation au
carbone 14 |
t = − ln (A/A0)
/ λ |
t
en s
ou en années
selon λ |
On compare
l’activité
actuelle
à celle d’un
organisme
vivant. |
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Conversion
curie /
becquerel |
1 Ci = 3,7 ×
1010 Bq |
Ci et Bq |
Le becquerel
est
l’unité SI
de
l’activité. |
a)- Écrire une équation nucléaire :
- identifier le noyau-père, la particule émise et appliquer les conservations
de A et
Z.
b)-
Reconnaître le type de radioactivité
:
-
excès de neutrons →
β− ;
-
excès de protons →
β+ ;
-
noyau très lourd →
α.
c)-
Utiliser la demi-vie : après 1
demi-vie il reste 1/2 ; après 2 demi-vies il reste 1/4 ; après n demi-vies
il reste (1/2)n.
d)-
Calculer une durée : partir de
N (t)=N0 .e−λ .
t ou A (t)=A0 .
e−λ . t, puis
isoler t avec le logarithme népérien.
e)-
Lire une courbe de décroissance :
repérer la valeur initiale puis chercher le temps correspondant à la moitié
de cette valeur.
5)- Schémas explicatifs simples
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Désintégration α |
Noyau lourd
instable → noyau-fils + particule α
A diminue
de 4 ; Z diminue de 2 |
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Désintégration β− |
Noyau avec
excès de neutrons → noyau-fils + électron
Z augmente de
1 ; A inchangé |
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Désintégration β+ |
Noyau avec
excès de protons → noyau-fils + positon
Z diminue de
1 ; A inchangé |
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Décroissance
radioactive |
N0
→ N0 / 2 → N0 / 4 → N0
/ 8 après 1, 2 puis 3 demi-vies. |
6)-
À retenir
absolument
-
La radioactivité est une transformation nucléaire
aléatoire : on ne peut pas prévoir quand un noyau se désintègre, mais on
peut prévoir l’évolution d’un très grand nombre de noyaux.
-
Les équations nucléaires se résolvent
toujours avec les conservations de A et Z.
7)-
Fiche de révision synthétique sous forme de tableau
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Thème |
Points importants / notions |
Formules et unités |
Schéma ou
image explicative |
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Radioactivité |
Phénomène naturel, spontané, aléatoire et impossible à prévoir noyau par noyau. Un noyau instable se transforme
en noyau plus stable. |
Pas de formule unique : phénomène
statistique étudié sur un
grand nombre de
noyaux. |
Noyau-père
instable → noyau-fils
+ particule
émise + rayonnement
γ. |
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Noyau instable |
Un noyau peut être instable s’il possède trop de protons, trop de neutrons ou trop de nucléons. Il appartient alors aux radionucléides. |
A
= nombre de nucléons ; Z
= nombre de protons ; N
= A − Z. |
Diagramme (N,
Z) : la vallée de
stabilité regroupe les noyaux
stables. |
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Radioactivité
α |
Concerne surtout les noyaux lourds. Émission d’un noyau d’hélium. Pouvoir pénétrant faible mais pouvoir ionisant
important. |
A diminue de 4, |
Image à retenir
: une feuille de
papier suffit à arrêter
les particules α. |
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Radioactivité
β− |
Elle apparaît lorsqu’un noyau possède un excès de neutrons. Un neutron se transforme en proton. |
A
inchangé, Z
augmente de 1. |
Image à retenir
: écran de
plexiglas ou plaque d’aluminium
pour l’atténuer. |
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Radioactivité
β+ |
Elle apparaît lorsqu’un noyau possède un excès de protons. Un proton se transforme en neutron. |
A
inchangé, Z
diminue de 1. |
Image à retenir : émission d’un positon, antiparticule
de l’électron. |
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Rayonnement γ |
Rayonnement électromagnétique très énergétique, souvent émis après une désintégration α ou β. Très pénétrant. |
A et Z ne changent pas. Longueur d’onde
très courte : environ 10−12
m ; fréquence
environ 1020
Hz. |
Image à retenir
: forte épaisseur
de plomb nécessaire pour
l’atténuer. |
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Équations nucléaires |
Les réactions nucléaires respectent les lois de conservation de
Soddy. |
Conservation du
nombre de masse
: A
= A’ + a. Conservation du
nombre de charge
: Z
= Z’ + z. |
Dans une
équation, vérifier
séparément la somme des
A et la somme des
Z. |
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Constante radioactive λ |
Probabilité de désintégration d’un noyau par unité de temps. Elle dépend uniquement du nucléide. |
λ
en s−1. Probabilité
pendant Δt : λ
· Δt. |
Image à retenir
: chaque noyau a
la même probabilité
de se
désintégrer, quel que soit
son âge. |
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Loi de décroissance |
Le nombre de noyaux radioactifs diminue de manière exponentielle au cours du
temps. |
N
(t) = N0 . e−λ . t.
N
(t) et N0 : nombre de noyaux
; t
en s ; λ en s−1. |
Courbe décroissante : N0
→ N0 / 2 → N0
/ 4 → N0
/ 8. |
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Demi-vie t1/2 |
Durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs initialement présents se sont
désintégrés. |
t1/2
= ln (2) / λ. Si λ est
en s−1, alors t1/2
est en s. |
Après n
demi-vies, il reste la
fraction (1/2)n
des noyaux initiaux. |
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Activité radioactive |
Nombre de désintégrations par seconde dans un échantillon
radioactif. |
A
(t) = λ . N(t). A
(t) = A0e−λ . t. Unité :
becquerel, 1 Bq = 1
désintégration·s−1. |
Plus l’activité
est grande, plus le
nombre de
désintégrations par seconde est
élevé. |
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Datation au carbone 14 |
Utilise la décroissance du carbone 14 après la mort d’un organisme. Le carbone 14 n’est alors plus renouvelé. |
t
= −ln (A / A0) / λ. Demi-vie du
carbone 14 :
environ 5734
ans. |
Image à retenir : organisme vivant → mort → diminution progressive
du carbone 14. |
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Radioprotection |
Les rayonnements peuvent être plus ou moins pénétrants et ionisants. Il faut adapter l’écran au type de
rayonnement. |
Dose absorbée en gray : 1 Gy = 1 J·kg−1. Conversion : 1
Ci = 3,7 × 1010 Bq. |
α
: papier ; β
: aluminium ou plexiglas ;
γ
: plomb épais. |
Diagramme (N, Z)
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Émetteur α |
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Émetteur β+ |
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Stable |
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Émetteur β- |
8)- Fiche mémo express — Radioactivité
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⚠ À retenir en priorité
Radioactivité = transformation
spontanée, aléatoire et naturelle d’un noyau instable.
Noyau-père → noyau-fils +
particule émise + parfois rayonnement γ. |
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✅ Lois de conservation
A se conserve : nombre de masse.
Z se conserve : nombre de charge.
À vérifier dans toute équation
nucléaire. |
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α
Émission : noyau d’hélium
Effet : A − 4 ; Z − 2
Protection : papier / air |
β−
Émission : électron
Effet : Z + 1 ; A inchangé
Cause : excès de neutrons |
β+
Émission : positon
Effet : Z − 1 ; A inchangé
Cause : excès de protons |
γ
Émission : photon énergétique
Effet : A et Z inchangés
Protection : plomb épais |
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📌 Formules express
N
(t) = N0 e−λ . t
: loi de décroissance radioactive.
A
(t) = λ . N(t) : activité radioactive.
A
(t) = A0 e−λ .
t : décroissance de
l’activité.
t1/2
= ln(2) / λ : demi-vie. |
📏 Unités
λ : s−1
t et t1/2
: seconde s, ou année si λ est adapté.
A :
becquerel Bq.
1 Bq = 1 désintégration·s−1 |
🧠 Réflexes en exercice
1. Identifier le noyau-père, le noyau-fils et la
particule émise.
2. Vérifier séparément la conservation de A
et de Z.
3. Pour une demi-vie : N0 →
N0 / 2 → N0 / 4 → N0 / 8.
4. Pour une datation : comparer l’activité
actuelle A à l’activité initiale A0.