Physique : autour du radium

Cet exercice comporte 10 AFFIRMATIONS indépendantes concernant les transformations radioactives.
Toute réponse doit être accompagnée de justifications ou de commentaires. A chaque affirmation, vous répondrez donc par VRAI ou FAUX, en justifiant votre choix à l'aide de définitions, de calculs, d'équations de réactions nucléaires,...

A la fin du XIXème siècle, Pierre et Marie Curie découvrent deux éléments chimiques : le polonium puis le radium.
Marie Curie obtient en 1903 le prix Nobel de physique et, en 1911, celui de chimie.
Le radium Ra se désintègre spontanément en émettant une particule a. Le noyau fils est un isotope du radon (Rn). Le radon est un gaz dans les conditions ordinaires de température et de pression.
Le Ra est radioactif b-.

1. AFFIRMATION : Le noyau de polonium noté Po est composé de 84 neutrons et 124 protons.

2. AFFIRMATION : La masse d'un noyau de radium est égale à la somme des masses de ses nucléons.

3. AFFIRMATION : L'équation de désintégration du radium est Ra ® He + Rn

4. AFFIRMATION : Le radium Ra et le radon Rn sont isotopes.

5. AFFIRMATION : Puisque le radium 228Ra est radioactif b-, son noyau fils est donc un noyau de francium.

6. La demi-vie du radon Rn est 3,8 jours.
AFFIRMATION : Au bout de 11,4 jours le pourcentage de noyaux de radon Rn restant par rapport au nombre initial est de 12,5%.

7. Le noyau de radium Ra est obtenu à partir d'une suite de désintégrations radioactives a et b- du noyau d'uranium U.
AFFIRMATION : Au cours de ces désintégrations successives, deux particules a et trois électrons sont émis.

8. Un échantillon de "radium 226" a une activité de 6,0 · 105 Bq
AFFIRMATION : 2,0 ·104 noyaux de radium Ra se sont désintégrés en une minute.

9. AFFIRMATION : L'énergie libérée par la réaction Ra ® He + Rn est égale à 8 MeV.

10. La teneur en radon 222Rn dans les gaz du sol a été déterminée en mesurant une activité de 3,75 · 103 Bq par m3 de gaz prélevé. La constante radioactive l du radon 222Rn est 2,10 · 10-6 s-1.
AFFIRMATION : La quantité de matière en radon 222Rn dans 1 m3 responsable de cette activité est d'environ 3 · 10-15 mol.

Données :

L'activité A d'un échantillon radioactif est le nombre de désintégrations qu'il produit par secondes soit A(t) =
A un instant de date t, A est proportionnelle au nombre N(t) de noyaux radioactifs contenus dans l'échantillon à cet instant et à la constante de radioactivité l : A(t) = = l × N(t).

La particule a est un noyau d'hélium noté He.

Célérité de la lumière dans le vide c = 2,998 · 108 m · s-1

1 eV = 1,602 · 10-19 J
1an = 3,156 · 107 s
Constante d'Avogadro NA= 6,02 · 1023 mol-1

éléments symbole numéro atomique Z
radon Rn 86
francium Fr 87
radium Ra 88
actinium Ac 89
thorium Th 90
protactinium Pa 91

 

entités masse en kg
neutron 1,674 927 ´ 10-27
proton 1,672 621 ´ 10-27
noyau He 6,644 65 ´ 10-27
noyau 226Ra 3,572 438 ´ 10-25
noyau 222Rn 3,685 904 ´ 10-25