P03 : Etude des désintégrations radioatives
La source radioactive est un échantillon de Césium 137.
I. LA RADIOACTIVITE b -A. Aspect microscopique
Le césium est un métal de la famille des alcalins :
- Dans quelle colonne de la classification périodique se trouve- t- il ?
- 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 b -. Le noyau de césium est appelé noyau père, il donne naissance au noyau de baryum qui est le noyau fils.
- 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.
- Quel est le nombre de nucléons contenus dans la particule émise ? Quelle est sa charge ?
- 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)
- Ecrire l’équation de la réaction nucléaire correspondante (du type
……. ) - D’après la composition des noyaux pères et fils, que s’est il passé ?
- On note
le symbole du proton en physique nucléaire et
celui du neutron. Donner par une équation nucléaire la transformation observée par le neutron.
9. Bilan d’une désintégration b - : écrire la réaction nucléaire générale d’un noyau père
donnant un noyau fils Y.
B. Aspect macroscopiqueOn 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 D t.
La source radioactive est du
, radioactive b -. Le détecteur est maintenu à environ 10 cm de la source radioactive. On effectue 150 comptages successifs d’une durée D t=1s chacun. Le nombre de fois où on trouve la valeur ni est notée xi.
- 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 :

- 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
- Quelle caractéristique du phénomène de radioactivité ces résultats mettent-ils en évidence ?
- Quelle est la valeur la plus probable ?
- Exprimer en fonction de ni et xi la valeur moyenne
. Compléter votre tableau en calculant le produit ni.xi puis en déduire la valeur moyenne
. (on utilisera la fonction somme( ) du tableur dans les cases Q2 et Q3) - Compléter votre tableau afin de déterminer la variance V =
. - Calculer l’écart type : s =
( avec Open office, la fonction racine carrée est RACINE( )). Qu’exprime l’écart type ? - 150 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
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 |
- La même expérience est répétée mais cette fois-ci D 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 b + : 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 b +.
- Donner la composition du noyau père et du noyau fils.
- En appliquant les 2 lois de conservation précédentes, trouver le nombre de nucléons ainsi que la charge électrique contenus dans la particule b +.
- Cette particule b + 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.
- Ecrire l’équation de cette réaction nucléaire.
- Quelle est la particule qui s’est transformée ? Ecrire l’équation de la réaction nucléaire associée à cette transformation.
- Bilan d’une désintégration b + : écrire la réaction nucléaire générale d’un noyau père

III. LA RADIOACTIVITE a : ASPECT MICROSCOPIQUE
Exemple : le noyau d’uranium 238 est émetteur d’une particule a en donnant un noyau de Thorium 234 (Th).
- Donner la composition du noyau père et du noyau fils.
- En appliquant les 2 lois de conservation précédentes, trouver le nombre de nucléons contenus dans la particule a et sa charge électrique.
- Cette particule a est un noyau d’atome. Lequel (justifier) ? En déduire son symbole en physique nucléaire.
- Ecrire l’équation de cette réaction nucléaire.
- Bilan d’une désintégration a : écrire la réaction nucléaire générale d’un noyau père

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