Transcript ED2
Calcul du champ magnétique Exercice n°1 (2011-12) L’énergie cinétique finale d’un proton produit par un cyclotron est de 50 MeV. Sachant que le rayon final de la trajectoire du proton est de 1 mètre, calculer le champ magnétique uniforme appliqué dans les «dees ». Cocher la valeur la plus proche A0,1 T. B0,5 T. C1 T. D5 T. E10 T. cyclotron : dans les « dees » mouvement circulaire uniforme de rayon R sous l’action du champ magnétique B mv R qB B mv B qR R v Expression de v ? Energie cinétique W : 1 W mv 2 2 v UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 2W m 1 Calcul du champ magnétique Exercice n°1 (2011-12) L’énergie cinétique finale d’un proton produit par un cyclotron est de 50 MeV. Sachant que le rayon final de la trajectoire du proton est de 1 mètre, calculer le champ magnétique uniforme appliqué dans les «dees ». mv B qR et v 2W m m 2W B qR m 2Wm q2R2 W = 50 MeV = 50 x 1,6.10 – 13 J m = 1,6.10 – 27 Kg (proton) q = 1,6.10 – 19 C R=1m Cocher la valeur la plus proche A0,1 T. C1 T. T. B0,5 C1 T. D5 T. E10 T. B 2x 50 x1,6.10 13 x1,6.10 27 (1,6.10 19 )2 x12 B 100 .10 1327 38 100 .10 2 B=1T UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 2 Nombre d’accélérations : Exercice n°2 (2011-12) L’accélérateur linéaire de Stanford (USA), long de 3 km, permet de donner aux électrons une énergie de l’ordre de 50 GeV. Sachant que la tension appliquée entre chacune des différentes électrodes est de 100 MV, déterminer approximativement le nombre d’accélération nécessaire pour donner aux électrons une énergie de 10 GeV. Cocher la valeur la plus proche A10. B100 100. C1000. D10000. E100000. N = 100 Energie acquise après 1 accélération : E qU Energie acquise après N accélérations ? EN NqU E N N qU EN = 10 GeV = 10 x 1,6.10 – 10 J q = 1,6.10 – 19 C U = 100 MV = 100.10 6 V 10 x1,6.10 10 N 1,6.10 19 x100.106 1.10 10 6 19 1.103 100 N 10 10 UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 3 Energie de liaison par nucléon : Exercice n°3 (2011-12) Sachant que la masse d’un atome de fer-58 (Z = 26) est de 58,229 u, calculer l’énergie moyenne par nucléon du fer-58. Cocher la valeur la plus proche A6 MeV MeV. B7 MeV. C8 MeV. D9 MeV. E10 MeV. Energie liaison : B = (Zmp + Zme + (A – Z)mn – mX)c2 mp= mn = 1,01 u me = 0,0005 u 1 u 1000 MeV mx = 58,229 u B = (26x1,01 + 26x0,0005 + (58 – 26)x1,01 – 58,229)x1000 B = (0,013 + 58,58 – 58,229)x1000 B = (58,593 – 58,229)x1000 B = 0,364x1000 = 364 MeV Energie de liaison par nucléon : B/A B/A ≈ 6 MeV B/A = 364/58 = 6,2 MeV UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 4 réaction du radon : Exercice n°4 A vrai données : masses atomiques 222Rn = 222,01757 u ; 4He = 4,0026 u; 218Po = 218,0084 u On considère la réaction de désintégration spontanée du radon. B vrai 222 4 218 Rn He 86 2 84 Po Cocher la (ou les) proposition(s) vraie(s) A-Cette réaction réaction correspond correspond ààune uneémission émissionalpha. alpha. B-Cette réaction réaction est est une une réaction réactionde defission. fission. C-L’énergie de la réaction est de 4.01 MeV (à +/- 5%) D-L’énergie de la la réaction réactionest estde de6.57 6.57MeV MeV(à(à+/+/-5%. 5%) E-L’énergie de la réaction est de 8,60 MeV (à +/- 5%). Energie de la réaction ? Q = (mRn – mHe – mPo)c2 Q = (222,01757 – 4,0026 – 218,0084) x 1000 Q = (222,01757 – 222,0110) x 1000 Q = 0,00657x1000 = 6,57 MeV Q = 6,57 MeV UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 5 capture électronique : Exercice n°5 masses atomiques 58Fe = 57,933277 u ; 58Co = 57,93575 u; Le cobalt-58 se transforme en fer-58 par capture électronique. Cocher la (ou les) proposition(s) vraie(s) A-L’énergie de de la la réaction réactionest estde de2.47 2.47MeV MeV(à(à+/+/-5%) 5%) B-L’énergie de la réaction est de 1,45 MeV (à +/- 5%) C-Cette transformation peut également donner une émission β+ d’énergie 2.47 MeV (à +/- 5%). D-Cette transformation peut également donner une émission β+ d’énergie 1.96 MeV (à +/- 5%). E-Cette transformation transformation peut peutégalement égalementdonner donnerune une émission β+ β+ d’énergie d’énergie 1.45MeV 1.45MeV(à (à+/+/-5%). 5%). Energie de la réaction ? Qce = (mCo – mFe)c2 Qce = (57,93575 – 57,933277)x1000 Qce = 0,002473 x 1000 Qce = 2,47 MeV Energie émission beta + ? Qbeta = (mCo – mFe – 2me)c2 Qbeta = Qce– 2E0 E0 = énergie de masse de l’électron Qbeta = 2,47 – 2x0,0005x1000 Qbeta = 2,47 – 1 = 1,47 MeV Qbeta = 1,47 MeV Qbeta > 0 réaction possible UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 6 Papier semi logarithmique Utilisation UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 7 Représentation graphique y y 0e échelle linéaire: y0 y y 0e échelle semi logarithmique: lny ax ln(y0) ln(y) ax ln(y0 ) échelle log y ax x x équation d’une droite de la forme y = ax +b UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 8 papier 3 modules : les valeurs de y varient de 10n à 10n+3 y Echelle logarithmique 103 102 9 8 7 6 5 4 3 2 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Echelle linéaire 1 0 50 100 150 UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 9 La mesure de la désintégration d’une source radioactive donne les résultats suivant : Temps 10 20 30 40 60 (en heures) Nombre de noyaux 9544 5838 3572 2185 818 N0 restants Nombre de noyaux Exercice n°6 (utilisation du papier semi-log) 10000 N0 ≈ 15500 = 0,05 h – 1 x /2 x Tracer sur papier semi-log la variation du nombre de noyaux restants en fonction du temps. En déduire la constante radioactive et la période de cet échantillon radioactif. Période ? N0 15500 7750 T = 14 h 2 2 Constante radioactive ? T ln(2) x x 1000 x T = 14 h 100 ln 2 0,7 0,05 h01 14 T 10 20 30 40 50 60 70 Temps (heures) UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 10 Un échantillon de Technétium-99m a une activité de 220 MBq le 3 décembre à 8 heures. L'examen programmé à 18 heures nécessite l'injection d'une activité de 50 MBq de 99mTc (période 6 heures). Pourra-t-on effectuer l'examen? Activité (en MBq) Exercice n°7 (utilisation du papier semi-log) 1000 graphique ! t = 8 h : A0 = 220 MBq x t + T = 14 h : A = A0 / 2 = 110 MBq seuil minimal : 50 MBq examen à 18 h x 100 seuil conclusion : examen possible 10 8 10 12 14 16 18 Temps (heures) UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 11 On dispose d'un flacon de produit radioactif dont on ignore la nature et la période. Un comptage du flacon nous donne une activité volumique de 600 MBq. cm – 3. Quatorze jours plus tard, l'activité volumique est de 180 MBq.cm – 3. Activité (en MBq/cm3) Exercice n° 8 (utilisation du papier semi-log) 1000 Quelle est la période de ce produit ? période du produit ? t = 0 j : A0 = 600 MBq.cm-3 MBq.cm-3 t = 14 j : A = 180 A0 600 300 MBq/cm3 2 2 Période T = 8 jours A0 x A0/2 x 100 10 0 2 4 6 8 10 12 14 Temps (jours) UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 12 type de réaction ? Exercice n°9 données : période 131I = 8 jours ; masses atomiques 131I = 130,8770 u ; 131Xe = 130,8754 u ; activité massique iode-131 = 4,8.1015 Bq/g L’iode-131 (Z = 53) se désintègre pour donner naissance au xénon-131 (Z = 54). Cocher la (ou les) proposition(s) vraie(s) A-Cette réaction réaction est est une une émission émissionbeta beta–.– B-Cette réaction est une émission beta +. C-L’énergie de la la réaction réaction est estde de1,6 1,6MeV MeV(à (à+/+/-5%) 5%) D-L’énergie de la réaction est de 1,1 MeV (à +/- 5%) E-L’énergie de la réaction est de 0,6 MeV (à +/- 5%) 131 53 I 131 53 I 131 54 Xe 131 0 Xe 54 1 e Emission beta – énergie de la réaction ? Q = (mI – mXe)c2 Q = (130,8770 – 130,8754)x1000 Q = 0,0016x1000 = 1,6 MeV Q = 1,6 MeV UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 13 activité de la source ? Exercice n°9 activité initiale : données : période 131I = 8 jours ; masses atomiques 131I = 130,8770 u ; 131Xe = 130,8754 u ; activité massique iode-131 = 4,8.1015 Bq/g L’iode-131 (Z = 53) se désintègre pour donner naissance au xénon-131 (Z = 54). Soit une masse d’iode-131 de 10 ng, calculer l’activité de la source 40 jours plus tard. A15.103 Bq. B15.105 Bq. C15.107 Bq. D15.109 Bq. E15.1011 Bq. A0 = ma0 a0 = activité massique activité : A0 A(t) t T 2 A 10.10 9 x 4,8.1015 40 2 8 3.10 6 48.106 3.24.106 A 5 5 2 2 2 A = 15.105 Bq UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 14 données : période 131I = 8 jours ; masses atomiques 131I = 130,8770 u ; 131Xe = 130,8754 u ; activité massique iode-131 = 4,8.1015 Bq/g L’iode-131 (Z = 53) se désintègre pour donner naissance au xénon-131 (Z = 54). Activité (en Bq) Exercice n°9 108 Soit une masse d’iode-131 de 10 ng, calculer l’activité de la source 40 jours plus tard. A15.103 Bq. B15.105 Bq. C15.107 Bq. D15.109 Bq. E15.1011 Bq. x x 107 A = 1,5.106 Bq activité de la source ? activité initiale : A0 = ma0 A0 10.10 9 x 4,8.1015 4,8.107 A0 T 8 Jours 2,4.10 7 Bq 2 t = 40 j 106 0 8 20 40 Temps jours) UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 15 temps écoulé ? Exercice n°10 Le molybdène-99, père du technétium-99m utilisé en scintigraphie, est livré aux sites d’utilisation fixé sur une colonne. Le technétium-99m est récupéré par lavage de la colonne. Sachant que le molybdène fixé sur la colonne a une activité initiale de 20 GBq, Calculer le temps écoulé pour que l’activité du molybdène soit de 2 GBq. La période du molybdène est de 2,7 jours. Cochez la proposition la plus proche A3 jours. B6 jours. C9 jours. D12 jours. E15 jours. t ≈ 9,2 jours activité : A(t) A0e t A e t A0 A ln( ) ln(e t ) t A0 A0 1 A T t ln( ) ln( ) A0 ln2 A 2,7 20 2,7 t ln( ) ln(10) 0,7 2 0,7 2,7 2,7 t ln(2x 5) (ln 2 ln 5) 0,7 0,7 2,7 t (0,7 1,6) 4x2,3 0,7 UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 16 Le molybdène-99, père du technétium-99m utilisé en scintigraphie, est livré aux sites d’utilisation fixé sur une colonne. Le technétium-99m est récupéré par lavage de la colonne. Sachant que le molybdène fixé sur la colonne a une activité initiale de 20 GBq, Activité (en Bq) Exercice n°10 100 Calculer le temps écoulé pour que l’activité du molybdène soit de 2 GBq. La période du molybdène est de 2,7 jours. Cochez la proposition la plus proche A3 jours. B6 jours. C9 jours. D12 jours. E15 jours. x x 10 A = 2 GBq t = 9 jours temps écoulé ? A0 20GBq A0 T 2,7 Jours 10GBq 2 1 0 2 4 6 8 Temps (jours) UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 17 réaction ? Exercice n°11 (2011-12) On prendra exp( – 2,7.10 – 2) = 0,97 et on supposera que 1 jour ≈ 90000 secondes. La curiethérapie est une des nombreuses méthodes permettant de traiter les tumeurs cancéreuses par rayonnement. On utilise couramment une source d’iode-125 (Z = 53), qui se désintègre vers un état excité du tellure-125 (Z = 52). La source utilisée, de masse m = 2,5 μg, contient uniquement de l’iode-125 (masse molaire 125 g/mol). La constante de désintégration radioactive de l’iode-125 est 0,9.10 – 2 jours – 1. Cocher la (ou les) proposition(s) vraie(s) A-L’iode-125 se désintègre par beta –. B-La source contient contient initialement initialement1,2.10 1,2.101616atomes atomes d'iode-125. C-L’activité initiale de la source est de l’ordre de 1,1.1016 Bq. D-Sachant que la durée du traitement est de 3 jours, la variation de l’activité de la source est négligeable (inférieure à 5%). E-Aucune des propositions ci-dessus. 125 53 I 125 52Te 125 53 I 12552Te01e beta + 125 53 I 01 e 12552Te CE nombre d’atomes initial ? m N0 N A M m masse iode M masse molaire iode NA nombre d’avogadro 2,5.106 6.1023 N0 125 250 x6.10236 2 N0 12.1015 125 N0 = 1,2.1016 UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 18 activité initiale de la source? Exercice n°11 (2011-12) – 2) On prendra exp( – 2,7.10 = 0,97 et on supposera que 1 jour ≈ 90000 secondes. La curiethérapie est une des nombreuses méthodes permettant de traiter les tumeurs cancéreuses par rayonnement. On utilise couramment une source d’iode-125 (Z = 53), qui se désintègre vers un état excité du tellure-125 (Z = 52). La source utilisée, de masse m = 2,5 μg, contient uniquement de l’iode-125 (masse molaire 125 g/mol). La constante de désintégration radioactive de l’iode-125 est 0,9.10 – 2 jours – 1. Cocher la (ou les) proposition(s) vraie(s) A-L’iode-125 se désintègre par beta –. B-La source contient contient initialement initialement1,2.10 1,2.101616atomes atomes d'iode-125. C-L’activité initiale de la source est de l’ordre de 1,1.1016 Bq. D-Sachant que que la la durée durée du dutraitement traitementest estde de33jours, jours, la variation variation de de l’activité l’activitéde delalasource sourceest estnégligeable négligeable (inférieure 5%). (inférieure àà 5%). E-Aucune des propositions ci-dessus. A0 .N0 2 0,9.10 1 0,9.102 jours1 s 9.104 107 s 1 A0 107 1,2.1016 1,2.109 Bq variation activité source ? A(t) A0e t A A0e 0 ,9.10 2 x 3 A A0e 2,7.10 2 A 0,97 A0 A = 97% de A0 UE3A : corrigé feuilles d'exercices n°2 19