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Issus
de la désintégration de l'uranium et du radium présents dans la croûte
terrestre, le radon est la principale source externe d'exposition de
l'homme à la radioactivité naturelle. De numéro atomique Z = 86, le
radon est un gaz inerte, incolore et inodore. Le radon 222 est
radioactif alpha ; il se désintègre lui même en éléments radioactifs
dont certains sont solides, polonium 218, lui même radioactif a et tout de suite après le plomb
214. Ce dernier est intéresant : il est solide, il est radioactif ß-;
il donne du bismuth, lui même émetteur radioactif ß-.
On peut donc émettre l'hypothèse de la présence dans l'atmosphère de
poussières et aérosols renfermant ces deux radioéléments. La demi-vie
radioactive de l'ensemble de ces phénomènes est de 40 minutes environ.
Après inhalation avec l'air respiré, ces solides se déposent dans les
poumons. Les maisons bretonnes, faites de pierre en granit, ont un taux
élévé de radioactivité dû à la composition de ces roches.
Une
expérience simple à réaliser dans les sous-sols.
A l'aide d'un appariel de comptage radioactif, il est possible de
détecter la radioactivité de type ß- et le rayonnement g.
- Placer pendant une heure un aspirateur, muni d'un dique de coton ( A)
sur l'embouchure du tuyau, qui aspire au niveau du sol dans un endroit
confiné tel un sous-sol.
- Pendant ce temps mettre un disue de coton (B) directement devant la
fenètre d'entrée du détecteur au laboratoire et effectuer une vingtaine
de comptages du nombre de désintégrations issu de la radioactivité
naturelle qui règne dans le laboratoire. Chaque comptage dure 50 s. On
donne ci-dessous les résultats de ces comptages.
- Remonter avec précaution le disque (A) et le mettre à la place du
disque (B).
- Lancer vos comptages de 50 s toutes les minutes. Noter leurs valeurs.
- L'acquisition des mesures devra s'effectuer durant au moins 3 fois la
demi-vie radioactive du phénomène étudié.
Résultats
expérimentaux.
Dans le laboratoire, disque (B) : 22 ; 20 ; 17 ; 29 ; 16 ; 17 ; 27 ; 13
; 24 ; 26 ; 23 ; 19 ; 22 ; 27 ; 21 ; 18 ; 24 ; 32 ; 24.
temps
(min)
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prises
de mesures
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Nombre
de désintégrations
issues du coton (A)
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durée
du comptage
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0
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groupe1
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132
; 138 ; 145 ; 137 ; 137
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50
s
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4
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groupe
2
|
139
; 143 ; 152 ; 147 ; 124
|
50
s
|
9
|
groupe
3
|
131
; 117 ; 135 ; 131 ; 137
|
50
s
|
14
|
groupe4
|
148
; 108 ; 117 ; 106 ; 107
|
50
s
|
.......
|
......
|
........
|
...
|
159
|
groupe5
|
20
; 43 ; 38 ; 39 ; 28
|
50
s
|
164
|
groupe
6
|
25
; 33 ; 33 ; 37 ; 24
|
50
s
|
169
|
groupe
7
|
36
; 28 ; 30 ; 30 ; 44
|
50
s
|
174
|
groupe
8
|
36
; 32 ; 38 ; 37 ; 31
|
50
s
|
179
|
groupe
9
|
21
; 25 ; 17 ; 19 ; 23
|
30
s
|
184
|
groupe
10
|
On
souffle sur le disque échantillon
21 ; 17 ; 25 ; 23 ; 19
|
50
s
|
82Pb ; 83Bi
; 84Po ; 85At ; 86Rn ; 87Fr
; 88Ra..
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.
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Ecrire les équations
de désintégrations du radon 222 et celle du plomb 214 évoquées dans le
texte.
22286Rn ---> 42He
+ 21884Po.
21482Pb ---> 21483Bi
+ 0-1e.
Justifier
si la durée d'expérimentation est suffisante ou pas.
La demi-vie
radioactive de l'ensemble de ces phénomènes est de 40 minutes environ.
L'acquisition des
mesures devra s'effectuer durant au moins 3 fois la demi-vie
radioactive du phénomène étudié.
La durée d'expérimentation est suffisante : 184 min est bien supérieure
à 3 * 40 = 120 min.
Commentez
et expliquer clairement l'évolution du nombre de désintégrations
mesurées entre les groupes 1 et 2, puis entre les groupes 1 et 6.
Nombre moyen de désintégrations : radioactivité naturelle :
22 ;
groupe 1 : 138 dont due au phènomène étudié : 117 ;
groupe 2
: 141 dont due au phènomène étudié : 120 ;
groupe 6 : 30
dont due au phènomène étudié : 9.
Entre les mesures du groupe 1 et du groupe 2, il s'écoule 4 min, durée
bien inférieure à la demi-vie du phénomène étudié. Le nombre moyen de
désintégrations est à peu près identique ( écart relatif inférieur à 3
% ).
Entre les mesures du groupe 1 et du groupe 6, il s'écoule 164 min,
c'est à dire 4 fois le demi-vie du phénomène étudié.
La loi de décroissance radioactive conduit à : 117 / 24 ~7
désintégrations dues au phénomène étudié ; à cela il faut ajouter la
radioactivité naturelle, soit un total de 22+7 = 29, en accord avec les
mesures expérimentales.
Quel
moyen de protection adapté pouvez-vous préconiser pour lutter contre ce
phénomène radioactif naturel ?
Il faut bien aérer les sous-sols.
Justifier
l'utilité de l'opération des 20 comptages qui s'effectue avec le disque
de coton (B).
Une désintégration radioactive est :
Aléatoire : Il est impossible de prévoir l'instant où va se
produire la désintégration d'un noyau radioactif
Spontanée : La désintégration se produit sans aucune intervention
extérieure
Inéluctable : Un noyau radioactif se désintégrera
tôt ou tard.
On ne peut donc prévoir à quel instant va se produire une
désintégration : on effectue donc un grand nombre de mesures afin d'en
fair une moyenne.
Pour
quelles raisons n'y a-t-il pas de baisse importante des valeurs
mesurées lors des comptages d'un même groupe ?
La durée d'un comptage ( 50 s ) est très inférieure à la demi-vie
radioactive du phénomène étudié ( 40 min ).
Une désintégration radioactive est aléatoire.
Pour les deux derniers groupes ( 9 et 10 ).
- Justifier
chacune des baisses importantes observées par rapport au groupe 8.
La durée de comptage du groupe 9 n'est que de 30 s au lieu de 50 s pour
le groupe 8.
Pour le groupe 10, souffler sur l'échantillon revient à disperser dans
la pièce une partie des éléments radioactifs fixés sur le disque.
Les résultats du groupe 10 sont inexploitables, les conditions
expérimentales de comptage ont été modifiées.
- en émettant
une hypothèse, tentez d'obtenir tout de même des résultats exploitables
pour le groupe 9.
Si le nombre de désintégrations est proportionnel à la durée du
comptage, alors multiplier les résultats du comptage du groupe 9 par
5/3 ;
on trouverait alors : 35 ; 41 ; 28 ; 32 ; 38.
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Quelques
techniques de diagnostic médical.
Echographie
en milieu liquide.
Cette technique permet l'étude de multiples organes. Elle permet de
rechercher des anomalies qui pourraient les atteindre ( tumeurs,
infections, malformations ) et peut parfois guider un prélèvement en
profondeur. Pour pratiquer cet examen on applique une sonde contre la
peau en ragard de l'organe à explorer. Cette sonde émet des ultrasons
qui traversent les tissus puis lui sont renvoyés sous la forme d'un
écho. Les fréquences utilisées dépendent des organes ou des tissus
biologiques à sonder ( 2 MHz à 15 MHz ). Ce signal, une fois recueilli
va être analysé par un système informatique qui retransmet en direct
une image sur un écran vidéo.
La
radiographie dans l'air.
Cette technique permet surtout d'étudier le squelette et des
articulations, des poumons, de l'abdomen, des seins. L'appareil utilisé
est muni d'un tube à rayons X ( énergie de l'ordre de 4,2 103
eV ) et d'un système d'acquisition de données qui permet une
visualisation.Le pupitre de commande derrière lequel se trouve le
personnel est séparé du reste de la pièce par une vitre plombée
protectrice.
La
fibroscopie dans l'air.
Cette technique permet de visualiser les organes creux ( les bronches,
l'intérieur du tube digestif, les voies urinaires...). On utilise un
endoscope constitué d'une minuscule caméra au bout d'un tube flexible,
équipé d'une source de lumière blanche présentant un large spectre
continu ( de 450 nm à 750 nm ), et reliée à un ordinateur qui numérise
les images saisies, les affiche sur un moniteur et les enregistre. Ils
peuvent être équipés de pinces afin de réaliser des prélèvements pour
une analyse en laboratoire.
Décrire de manière
claire chacune des trois techniques en précisant les caractéristiques
physiques des ondes utilisées, la célérité moyenne des ondes, le
domaine de fréquence, le domaine de longueur d'onde, l'énergie associée
( en J, en eV) pour la radiologie et la fibroscopie.
L'échographie utilise des ultrasons, ce sont des ondes mécaniques
longitudinales se propageant à environ 1500 m/s dans les liquides. Les
fréquence utilisées se situent entre 2 MHz et 15 MHz.
Les longueurs d'onde correspondantes : l = v / f = 1500 / (2 106)
=7,5 10-4 m ;
l = v / f = 1500
/ (15 106) =1,0 10-4 m.
La radiologie dans l'air utilise des ondes électromagnétiques, les
rayons X qui se propagent à la célérité c = 3 108 m/s dans
l'air. Les fréquences sont comprises entre 3 1017 Hz et 3 1019
Hz.
Longueurs d'onde correspondantes : l
= v / f = 3 108 / (3 1017) =1,0 10-9 m
; l = v / f = 3 108 / (3 1019)
=1,0 10-11 m.
Energie correspondante : E = h f = 6,63 10-34 *3 1017 = 2 10-16 J
ou 2 10-16 /(1,6
10-19 )=1,2 103 eV.
E = h f = 6,63 10-34
*3 1019 = 2 10-14
J ou 2 10-14
/(1,6 10-19 )=1,2 105 eV.
La fibroscopie
dans l'air utilise des ondes électromagnétiques se propageant à la
célérité c = 3 108 m/s dans l'air.
Longueurs d'onde correspondantes : l
=450 10-9 m à 750 10-9 m.
Les fréquences
sont comprises entre : c / l
= 3 108 / (450 10-9) =6,7 1014
Hz et 3 108
/ (750 10-9) =4 1014 Hz
Energie correspondante :
E = h f = 6,63 10-34 *6,7 1014 = 4,4 10-19
J ou 4,4 10-19
/(1,6 10-19 )=2,8 eV.
E = h f = 6,63 10-34
*4 1014 = 2,65 10-19
J ou 2,65 10-19
/(1,6 10-19 )=1,7 eV.
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