Nom : Prénom : Classe : DEVOIR SURVEILLEE

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1 Nom : Prénom : Classe : DEVOIR SURVEILLEE Date : ; Documents : non autorisée ; calculatrice : autorisée Durée : 2h ; A compléter sur le sujet. EXERCICE 1 1. Définir les isotopes : Sachant que le nucléide «irridium 192» se note 77 Ir, que représentent les nombres 192 et 77? 3. Quelle est la nature de la particule α? 4. Quelle est la nature de la particule β +? 5. Une personne de masse m = 50 kg à proximité d une source radioactive a reçu une énergie E = 0,1 J. a) Calculer la dose absorbée D par cette personne b) Déterminer l équivalent de dose ED reçue si le facteur de qualité est égal à 1 c) Une telle irradiation est-elle nocive?

2 EXERCICE 2 Les déchets radioactifs (d après Polynésie juin 2006) Les déchets radioactifs provenant du combustible des centrales nucléaires contiennent de nombreuses substances radioactives. Le tableau suivant indique les caractéristiques de deux nucléides pouvant être présents parmi ces déchets : le césium 135 et le plutonium 241. Nucléides Cs Pu Type de radioactivité b - b - 1. Déterminer le nombre de protons et de neutrons de chaque nucléide. 2. Les nucléides césium 135 et plutonium 241 sont-ils isotopes? Justifier votre réponse. 3. Quelle est la particule émise au cours d une désintégration de type β -? Rappeler les lois de conservation utilisées pour écrire les équations de désintégration Compléter l équation de la désintégration nucléaire suivante : Pu X e 4.3 Identifier X parmi les symboles des nucléides suivants : 92 U 93 Np 95 Am 5. Donner la définition de la période T ou demi-vie d un nucléide radioactif. 6. A partir du graphique ci-dessous, vérifier que la valeur de la période T ou demi-vie du plutonium 241 est T = 14 ans.

3 Masse (mg) 3 Masse du plutonium 241 désintégrée en fonction du temps T (ans) 7. Au bout de combien de temps le plutonium 241 sera-t-il considéré comme inactif? 8. Citer deux conséquences biologiques d une exposition intensive aux radiations radioactives. 9. Pour être stockés, les déchets radioactifs sont placés dans des containers en métaux. Parmi les métaux proposés ci-dessous, lequel vous paraît le mieux adapté? Pb (Z=82) Fe (Z=26) Al (Z=13)

4 EXERCICE 3 La scanographie (d après Polynésie juin 2007) «Les rayons X sont utilisés en radiographie et en scanographie. Contrairement à la radiographie, la scanographie consiste à mesurer la quantité de rayonnement absorbé par les tissus, en calculant la différence d intensité des rayons avant et après la traversée des tissus ( ) À partir de ces informations, un ordinateur fournit une image spatiale de l organe étudié. Afin d améliorer la qualité de cette image, on utilise systématiquement des produits de contraste iodés. Le scanner est devenu un dispositif médical indispensable, complémentaire et substitutif pour certains examens de la radiologie classique. En ce qui concerne le système nerveux, la scanographie est concurrencée par l I.R.M ( ) Les doses de rayons X utilisées en scanographie sont plus faibles que celles utilisées lors d examens radiologiques classiques. La scanographie est donc moins dangereuse que la radiologie mais son pouvoir de résolution * est nettement inférieur. La scanographie provoque une certaine irradiation de l organisme, et il faut l éviter chez la femme enceinte.» Pouvoir de résolution * : ce qui permet de distinguer les détails 1. À propos des rayons X 1.1 Les rayons X sont des ondes électromagnétiques de même nature que la lumière. Cette affirmation est-elle vraie ou fausse? 1.2 Citer deux sources de rayons X. 1.3 On a représenté sur l axe ci-dessous les limites des différents types d ondes électromagnétiques. Recopier et compléter les deux cases. Rayons γ visible I.R. ondes radio-électriques 0,001 nm 10 nm 400 nm 750 nm 1 mm Longueur d onde 2. À propos du texte Quel autre dispositif médical n utilisant pas les rayons X est cité dans le texte? 3. Fréquence et longueur d onde d un photon X 3.1 La relation liant la fréquence ν (en hertz, Hz) d un photon à sa longueur d onde λ (en mètre, c m) est donnée par la relation : ν =. λ Que représente la lettre «c» dans cette expression? Quelle est son unité dans le S.I.?

5 3.2 Rappeler la relation liant l énergie E d un photon et sa fréquence ν. Donnée : La constante de Planck sera notée h. Quelle est l unité S.I de l énergie E? 3.3 En vous aidant des questions 3.1 et 3.2, raturer les mots inutiles de la phrase suivante : «L énergie d un photon est plus (grande ou petite) lorsque sa fréquence est plus (grande ou petite) ou sa longueur d onde plus (grande ou petite)» 4. À propos de l iode L iode est un élément chimique dont le symbole du noyau est : I. 4.1 Indiquer la composition du noyau d iode (neutrons et protons). 4.2 Les tissus du corps humain sont constitués essentiellement des éléments carbone (Z = 6), hydrogène (Z = 1), oxygène (Z = 8) et azote (Z = 7). L élément iode est caractérisé par Z = 53. Lequel de ces éléments absorbe le plus les rayons X? Justifier votre réponse. 5. Dangers de l irradiation 5.1 Citer deux dangers sur l organisme suite à une exposition répétée et prolongée aux rayons 5. 2 Comment un manipulateur radio se protège-t-il des rayons X? Exercice 4 On désire étudier le champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde. Cette étude comporte différentes parties. I - étude qualitative :

6 Le champ magnétique est représenté en un point M situé à l'intérieur du solénoïde (voir schéma n 1). On place au point M la petite aiguille aimantée dessinée ci-dessous (schéma n 2). Dessiner, sur le schéma, l'aiguille aimantée au point M en précisant clairement son orientation et ses pôles Nord et Sud. On place ensuite cette aiguille aimantée au point P. Son orientation va-t-elle changer? Justifier. II - étude quantitative : On place maintenant en un point intérieur au solénoïde une sonde permettant de mesurer l'intensité notée B du champ magnétique créé par un courant électrique continu d'intensité I qui parcourt le solénoïde.on fait varier I et on mesure B pour diverses valeurs de I. On trace ensuite le graphe représentant les variations de B en fonction de I (voir schéma n 3).

7 - Quelle est la nature du graphe? - En déduire le type de relation mathématique simple existant entre B et I. - Quel est le nom de l'unité correspondant à la lettre T? - On montre que la relation exprimant B en fonction de I est la suivante : B = μ 0 n I. = 4π.10-7.n.I avec n = N / L Dans cette expression, N est le nombre de spires du solénoïde et L sa longueur exprimée en mètres. Le nombre de spires N du solénoïde étant inconnu, on essaie de le déterminer. Pour cela on fixe la valeur de l'intensité à I = 6 A et on pratique comme suit : A partir du graphique, préciser la valeur de B correspondant à cette valeur d'intensité I = 6 A (la méthode employée n'est pas à expliquer).

8 En vous servant de la relation reliant B et I, déduire le nombre N de spires du solénoïde sachant que la longueur du solénoïde a pour valeur L = 0,3 m. III champ crée et champ magnétique terrestre : - Donner l'ordre de grandeur de la valeur B T du champ magnétique terrestre. - Le graphe précédent montre que pour une intensité I=3 A, la valeur B du champ magnétique crée est de l'ordre de T. Ce champ magnétique est-il : a) environ 10 fois plus intense que le champ magnétique terrestre? b) environ 1000 fois plus intense que le champ magnétique terrestre? c) environ 10 fois moins intense que le champ magnétique terrestre? d) environ 1000 fois moins intense que le champ magnétique terrestre? IV - la résonance magnétique nucléaire : La résonance magnétique nucléaire nécessite des champs très intenses, supérieurs à 1 T. Citer un moyen de produire un tel champ.

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