Synergie UM S4 Corrigé C3 4.1 La stabilité nucléaire Manuel, p. 120 1. Définissez les termes suivants. a) Stabilité nucléaire : La stabilité nucléaire est l état où les forces nucléaires au sein du noyau atomique sont supérieures à la force de répulsion entre les protons. b) Force nucléaire (force de liaison des nucléons) : La force nucléaire est la force d attraction qui lie fortement les nucléons, assurant ainsi la stabilité du noyau de l atome. c) Isotopes : Les isotopes sont des versions d un même élément qui ont un nombre différent de neutrons au sein du noyau atomique. 2. Quel est le rôle des neutrons au sein du noyau atomique? Les neutrons créent une force d attraction, la force nucléaire, qui contrebalance la 3. Complétez les phrases suivantes. a) Plus le nombre de protons au sein du noyau atomique est grand, plus la répulsion entre les protons augmente. b) Plus la répulsion est grande entre les protons, plus il faut de neutrons pour contrebalancer cette force. c) C est un rapport approprié entre les protons et les neutrons qui permet la stabilité du noyau. d) Les noyaux dont le nombre de neutrons est trop grand ou trop petit par rapport au nombre de protons sont instables et risquent de se désintégrer. 4. Donnez un exemple d isotopes stables et d isotopes instables. 12 13 14 Plusieurs réponses possibles. Exemple : Le carbone a trois isotopes : 6 C, 6 C et 6 C 12 13 (six, sept et huit neutrons respectivement). 6 C et 6 C sont stables, car les proportions 14 de neutrons par rapport aux protons sont adéquates. Ce n est pas le cas du 6 C, qui est instable. force de répulsion entre les protons et assure la stabilité du noyau. UM 4.1 1/1 Synergie Univers matériel Concept 4.1 5
Synergie UM S4 Corrigé C5 4.2 La radioactivité Manuel, p. 121 à 126 1. Définissez les termes suivants. a) Radioactivité : La radioactivité est un phénomène qui se produit lorsque certains noyaux atomiques instables émettent spontanément certaines particules et de l énergie en se désintégrant. b) Désintégration radioactive : La désintégration radioactive se produit quand un noyau atomique instable libère des particules afin de retrouver sa stabilité (nombre adéquat de neutrons par rapport au nombre de protons). c) Rayonnement : Le rayonnement est une émission de particules nucléaires ou d énergie au cours de la désintégration radioactive d un noyau. 2. Complétez la phrase suivante. Un noyau radioactif est un noyau qui émet des rayonnements. 3. Nommez trois types de rayonnement radioactif et donnez le symbole de chacun. 1) Le rayonnement alpha (α). 2) Le rayonnement bêta (β). 3) Le rayonnement gamma (γ). Le rayonnement alpha (α) UM 4.2 1/3 4. Complétez les phrases suivantes. a) Le rayonnement alpha est le plus courant et se produit dans les noyaux des éléments les plus lourds. b) Une particule alpha (α) est composée de deux neutrons et de deux protons, ce qui en fait l équivalent d un noyau d hélium. c) Au cours de la désintégration alpha, le noyau instable se transforme en un nouvel élément en libérant une particule alpha. 5. En plus de la particule alpha, que produit le rayonnement alpha? Le rayonnement alpha produit de l énergie (énergie cinétique dans la particule alpha mise en mouvement au cours de son éjection). Le rayonnement bêta (β) 6. Complétez les phrases suivantes. Le rayonnement bêta se produit couramment et spontanément dans la matière organique morte. Au cours de cette désintégration, une particule bêta (qui est en fait un électron ) est éjectée du noyau atomique et un neutron est transformé en proton. On observe alors que la masse atomique reste la même, mais que le numéro atomique augmente. 7. En plus de la particule bêta, que produit le rayonnement bêta? Le rayonnement bêta produit également de l énergie (énergie cinétique contenue Le rayonnement gamma (γ) dans la particule bêta mise en mouvement au cours de son éjection). 8. Complétez les phrases suivantes. UM 4.2 2/3 Le rayonnement gamma est souvent émis en même temps que les rayonnements alpha et bêta. Contrairement à ces deux derniers types de rayonnement où des particules étaient éjectées du noyau atomique, la désintégration gamma se caractérise par l émission d un rayonnement électromagnétique appelé rayon gamma. La désintégration gamma permet à un noyau excité par une désintégration alpha ou bêta d évacuer son énergie sous forme de rayons gamma et de revenir à un état moins excité, donc plus stable. 9. Remplissez le tableau récapitulatif suivant. a) Dans la rangée «Modélisation», dessinez ce qui est libéré dans chaque rayonnement. b) Dans la rangée «Transformation», décrivez la transformation en quelques mots. Modélisation Transformation Les trois types de désintégration Rayonnement alpha (α) Rayonnement bêta (β) Rayonnement gamma (γ) Une particule alpha (deux neutrons et deux protons) est éjectée du noyau et un noyau plus stable est formé. Un neutron se transforme en proton et un électron est éjecté de l atome. Des rayons gamma sont émis. Synergie Univers matériel Concept 4.2 11 12 Synergie Univers matériel Concept 4.2
C6 Synergie UM S4 Corrigé Les effets de la radioactivité sur la vie 10. Répondez aux questions suivantes. a) Définissez le rayonnement ionisant. Le rayonnement ionisant est le rayonnement qui détache des électrons des atomes formant la matière. b) Donnez les types de rayonnements ionisants. 1) Rayonnement alpha. 2) Rayonnement bêta. 3) Rayonnement gamma. 11. L intensité des effets de l irradiation dépend de trois conditions. Quelles sont-elles? Les trois conditions sont l énergie des rayonnements, le pouvoir de pénétration des rayonnements dans la matière et les doses de rayonnement auxquelles les organismes sont exposés. 12. Une partie du rayonnement ionisant est d origine naturelle. a) D où provient-il? Le rayonnement ionisant provient de l espace et de l atmosphère, ainsi que des b) Ces rayonnements sont-ils hautement ou faiblement énergétiques? Ces rayonnements sont faiblement énergétiques. 13. Complétez les phrases suivantes. a) Les particules alpha et bêta ont un pouvoir de pénétration beaucoup plus faible que les rayons gamma. b) Les particules alpha et bêta deviennent La demi-vie cependant très néfastes si elles sont ingérées ou absorbées par le corps humain. 14. Définissez le terme «demi-vie». La demi-vie est le temps que prend la moitié d un échantillon d isotope radioactif pour se désintégrer. 15. L isotope radioactif radium 226 possède une demi-vie de 1,62 10 3 ans. Combien d années faudrait-il à un échantillon de cet isotope pour passer de 1 kg à 0,125 kg? Il lui faudrait 4 860 ans. Synergie Univers matériel Concept 4.2 13 isotopes radioactifs naturellement présents dans le sol. UM 4.2 3/3
C8 Synergie UM S4 Corrigé La fusion nucléaire 9. Vous avez en votre possession des boules de pâte à modeler rouge et blanche. La pâte à modeler rouge servira à représenter les protons et la pâte à modeler blanche, les neutrons. 18 a) Faites d abord 8 petites boules avec la pâte à modeler rouge et 12 avec la blanche. b) Avec les boules de pâte à modeler, créez 4 noyaux d hydrogène 2 1H et 4 noyaux d hydrogène 3 1H. c) À partir des noyaux d atomes d hydrogène que vous venez de créer, formez autant de noyaux d atomes d hélium 4 2He que possible. Que vous reste-t-il alors, qui ne fait pas partie des noyaux d atomes d hélium 4 2He? Il reste 4 neutrons. d) Représentez dans l encadré ci-dessous les manipulations que vous venez de faire (dessinez les protons en rouge et les neutrons à la mine de plomb). Cette réprésentation est un exemple de réponse. 10. Définissez la fusion nucléaire. Plusieurs réponses possibles. Exemple : La fusion nucléaire est le processus par Synergie Univers matériel Concept 4.3 Fiche ACTIVITÉ UM 4.3 3/3 lequel deux noyaux atomiques légers s assemblent pour former un noyau plus lourd. Proton (p + ) Neutron (n o ) 4.3 La fission et la fusion nucléaires Manuel, p. 127 à 130 1. Complétez les phrases suivantes. a) Le processus par lequel un noyau atomique se scinde en deux noyaux plus légers se nomme fission nucléaire. b) Le processus par lequel deux noyaux atomiques légers s assemblent pour former un noyau plus lourd se nomme fusion nucléaire. La fission nucléaire 2. La fission nucléaire se produit dans deux situations. Quelles sont-elles? La fission nucléaire se produit de façon spontanée seulement dans des noyaux instables très lourds contenant beaucoup de protons et de neutrons. Elle peut également être provoquée dans un réacteur nucléaire par le bombardement d un noyau avec un neutron. 3. Complétez les phrases suivantes. La fission d un noyau atomique lourd produit des isotopes radioactifs. La fission libère de l énergie ainsi que des neutrons qui se déplacent à grande vitesse, heurtent d autres noyaux atomiques lourds, qui fissionneront à leur tour (et ainsi de suite). Cela s appelle une réaction en chaîne. 4. Que se passe-t-il si la réaction en chaîne n est pas contrôlée? Quand la réaction en chaîne n est pas contrôlée, il se produit une explosion nucléaire. 5. En quoi est transformée l énergie nucléaire dans un réacteur nucléaire? L énergie nucléaire est transformée en chaleur utile, puis en électricité. La fusion nucléaire 6. Dans quelle situation se produit naturellement la fusion nucléaire? La fusion nucléaire se produit naturellement dans le cœur des étoiles, où la température est suffisamment élevée. Synergie Univers matériel Concept 4.3 19 UM 4.3 1/2
Synergie UM S4 Corrigé C9 NOM : C O R R I G ÉGROUPE : DATE : 7. Complétez les phrases suivantes. a) Pour que des noyaux atomiques légers fusionnent, la force de entre les noyaux doit être inférieure d attraction. Pour y arriver, il faut élever la de plusieurs milliers de degrés afin d augmenter la à la force nucléaire température des noyaux. C est pourquoi les réactions naturelles de fusion ne se produisent que dans les étoiles semblables au Soleil. b) Comme la fission nucléaire, la fusion nucléaire produit de l énergie sous forme de lumière et de rayonnements électromagnétiques. UM 4.3 2/2 8. Pourquoi n est-il pas possible à ce jour de construire un réacteur nucléaire utilisant la fusion comme procédé de production d énergie? Plusieurs réponses possibles. Exemple : C est encore trop dangereux. Nous ne savons pas comment construire des chambres assez sécuritaires pour contenir les gaz (dont les noyaux serviraient à la fusion) à haute température. répulsion électrique vitesse 20 Synergie Univers matériel Concept 4.3