Aurélie 11/05/09
 

 

Iode 131, Césium 137 concours ENI GEIPI 2009.

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Le 26 avril 1986 un réacteur de la centrale nucléaire de Tchernobyl s'emballe et explose. Le panache ainsi rejeté dans l’atmosphère a disséminé des éléments radioactifs importants sur le plan sanitaire tels que l’iode 131 et le césium 137.
Z
51
52
53
54
55
56
symbole
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
nom
antimoine
tellure
iode
xénon
césium
baryum
Donner la définition de l’activité d’un radioélément et l’unité dans laquelle elle s’exprime.

L'activité, notée A, est le nombre de désintégrations par seconde : elle s'exprime en becquerel ( Bq).

L’iode 131 de demi-vie t1/2 = 8 jours, est radioactif ß-.

Ecrire son équation de désintégration en précisant les lois de conservation utilisées.

Nommer les produits de cette désintégration.

13153I --->AZX + 0-1e

Conservation de la charge : 53 = Z-1 d'où Z = 54 ( élément xénon Xe)

Conservation du nombre de nucléons : 131 = A+0

13153I --->13154Xe* + 0-1e ( électron)

Suivi de la désexcitation du noyau fils : 13154Xe* ---> 13154Xe + 00g.

Rappeler la définition de la demi-vie.

Durée au bout de laquelle l'activité initiale a diminué de moitié.


Calculer la constante radioactive l et la constante de temps t de la loi de décroissance de l’iode 131.

l = ln 2 / t½ = ln2 / (8*24*3600) = 1,0 10-6 s-1.

t = 1/l =106 s.

L’activité A0 de l’iode 131 relâchée par l’explosion de Tchernobyl est évaluée à 1 760 PBq.

(1PBq = 103 TBq = 106 GBq).

Exprimer son activité actuelle A, 23 ans plus tard.

Loi de décroissance radioactive : A = A0 exp(-lt ).

t = 23 *365*24*3600 = 7,25 108 s ;

A = 1 760 exp(-10-6 * 7,25 108 ) ; A ~ 0.





Le césium 137 est aussi un émetteur ß- mais avec une constante de temps
t' de 43,3 ans.

La contamination des sols à la suite de l’explosion est principalement due à cet élément. Selon le Comité scientifique des Nations Unies pour l'étude des effets des rayonnements atomiques (UNSCEAR) une surface S d’environ 10 000 km2 de territoire de l’ex-Union Soviétique ont été contaminés en 1986 avec du césium 137 produisant une radioactivité supérieure à 555 kBq m-2. Ces territoires sont appelés zones de contrôle spécial.

Evaluer le nombre N de noyaux de césium 137 correspondant au seuil Aseuil de 555 kBq.

N = Aseuil / l' avec 1/ l' = t' = 43,3*365*24*3600 =1,3655 109 s.

N = 5,55 105 *1,3655 109 =7,5785 1014 ~7,58 1014 noyaux.

Quelle est donc la masse minimale mcésium de césium 137 qui a été déposée sur ces zones de contrôle spécial ? On note M la masse molaire de cet élément. NA = 6,02 1023 mol-1.

10 000 km2 = 104 *106 m2 = 1010 m2.

Quantité de matière de césium 137 : n = N/NA avec N = 7,5785 1014 * 1010 = 7,5785 1024.

7,5785 1024 / 6,02 1023 =12,6 mol.

mcésium = n M = 12,6 M = 12,6 * 137 =1,72 103 g.

 





Si on suppose que la décroissance radioactive est la seule cause de décontamination et qu’il n’y a pas de nouvel apport de césium 137,

à partir de quelle année les territoires qui présentaient en 1986 une radioactivité de 555 kBq m-2 pourraient-ils avoir une activité inférieure à 37 kBq m-2, limite inférieure de la contamination selon l’UNSCEAR ?

Loi de décroissance radioactive : A = A0 exp(-lt ).

lt = ln (A0/A) ; t = 1/l ln (A0/A)

t = t' ln (A0/A) = 43,3 ln(555/37) =117,3 ans

puis 1986 + 117,3 ~ 2104.

Le césium 137 est habituellement mesuré par spectrometrie g.

Qu’est-ce que le rayonnement g ?

Ondes électromagnétiques de grande énergie

Par quel nucléide est-il émis lors de la mesure du césium 137 ?

13755Cs --->13756Ba* + 0-1e ( électron)

Suivi de la désexcitation du noyau fils : 13756Ba* ---> 13756Ba + 00g.





c

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