Aurélie 07/12/08
 

 

photon, longueur d'onde, énergie, intensité du rayonnement. QCM d'après IMRT 08

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Données : masse d'un proton mP= 1,007 276 u ; masse d'un neutron mN= 1,008 665 u ;

masse d'un électron me= 0,000 548 u ; 1 u = 1,66054 10-27 kg = 931,5 MeV c2. e = 1,602 10-19 C

c = 3,00 108 m/s ; constante de Plank h= 6,626 10-34 J s.

Répondre par vrai ou faux.

Un photon a pour longueur d'onde dans le vide 5 nm :

A- sa longueur d'onde vaut 5 angströms. Faux.

5 angströms = 5 10-10 m ; 5 nm = 5 10-9 m.

B- sa fréquence vaut 6 1017 Hz. Faux.

fréquence (Hz) = c / l = 3 108 / 5 10-9 = 6 1016 Hz.

C- son énergie vaut 248 eV. Vrai.

E = h . fréquence = 6,63 10-34 * 6 1016 =3,98 10-17 J =3,98 10-17 /1,6 10-19 eV =248 eV.

D- il appartient au domaine des infrarouges. Faux.

Les longueurs d'onde dans le vide des infrarouges sont supérieures à 800 nm.

E-c'est un photon "gamma". Faux.

Un photon gamma possède une longueur d'onde inférieure à 5 pm = 5 10-12 m.


Energie de liaison.

" L'énergie de liaison B d'un noyau atomique est l'énergie qu'il faut fournir au noyau pour le dissocier en ses nucléons."

A- l'énergie de liaison d'un électron de la couche K est inférieure à l'énergie de liaison d'un électron de la couche L. Vrai.

Les électrons de la couche K sont plus proches du noyau que ceux de la couche L.

B- l'énergie de liaison d'un électron de la couche K est pour tous les atomes égale à -13,6 eV. Faux.

Elle dépend du numéro atomique Z.

C- l'énergie d'ionisation est l'énergie à fournir pour extraire un électron de l'atome. Vrai.

D- l'énergie d'une transition électronique entre deux états excités est toujours plus faible que l'énergie d'ionisation. Vrai.

E- la valeur absolue de l'énergie de liaison de la couche K augmente avec le numéro atomique de l'atome. Vrai.



La masse d'un électron peut s'écrire.

A- 0,55 uma. Faux.

B- 0,00055 uma. Vrai.

C- 0,511 keV. Faux.

0,00055 *931,5 =0,511 MeV.

D- 9,1 10-34 g. Faux.

9,1 10-31 kg = 9,1 10-28 g.

E- 8,18 10-14 J/c2. Vrai.

0,511 MeV = 0,511 106 eV= 0,511 106 *1,6 10-19 J =8,18 10-14 J/c2.


La vitesse d'un électron d'énergie cinétique E =11,4 eV vaut :

A- 2,0 103 km/s. Vrai.

11,4 * 1,6 10-19 = 1,82 10-18 J.

E=½mv2 ; v=[2E/m]½ = [2*1,82 10-18 / 9,1 10-31]½=2,0 106 m/s = 2,0 103 km/s

B- 3,0 108 m/s. Faux.

C- 2,0 105 m/s. Faux.

D- 2,0 106 m/s. Vrai.

E- 1,4 106 m/s. Faux.


L'énergie du niveau fondamental de l'atome d'hydrogène vaut :( en valeur absolue)

A- 1,6 10-19 J. Faux.

13,6 eV ou 13,6 * 1,6 10-19 = 2,18 10-18 J.

B- 0,136 keV. Faux.

C- 2,18 10-18 J. Vrai.

D- 2,18 10-18 eV. Faux.

E- 13,6 microjoules. Faux.





L'unité de masse atomique correspond à :

A- 1,6 10-19 kg. Faux.

1,66 10-27 kg = 1,66 10-24 g =931 MeV/c2.

B- 1,66 10-24 kg. Faux.

C- 1,66 10-24 g. Vrai.

D- 1,66 10-21 g. Faux.

E- 931 MeV/c2. Vrai.


L'énergie cinétique d'un électron vaut Ec= 8,2 10-14 J :

A- Son énergie cinétique est négligeable devant son énergie de masse. Faux

Energie de masse : mc2 = 9,1 10-31 *(3 108)2 =8,2 10-14 J

B- Sa vitesse vaut 4,2 108 m/s. Faux

Cette valeur est supérieure à la vitesse de la lumière dans le vide.

C- Sa vitesse est proche de celle de la lumière. Faux

Dans l'hypothèse d'un électron non relativiste :

E=½mv2 ; v=[2E/m]½ = [2*8,2 10-14 / 9,1 10-31]½=2,0 106 m/s = 4,2 108 m/s

Ce résultat est impossible : la valeur de l'énergie cinétique est fausse.

D- L'électron est relativiste. Faux

E- il est impossible que l'énergie cinétique de l'électron soit si élevée. Vrai



Puissance rayonnée par une source ponctuelle de photons : intensité du rayonnement.

Une source radioactive d'iode 123, considérée comme ponctuelle, émet des photons d'énergie E= 159 keV ; son activité vaut A= 1,5 105 Bq.

Le rayonnement est isotrope.

Calculer le nombre de photons émis par la source en 10 s.

L'activité est le nombre de désintégrations se produisant à chaque seconde, c'est à dire le nombre de photons émis par seconde.

Par suite : 10*1,5 105 = 1,5 106 photons.

Calculer la puissance ( flux énergétique ) de la source.

 Energie des photons : 1,5 106*159 103*1,6 10-19 =3,8 10-8 J

Puissance (W) = énergie (J) / durée (s) = 3,8 10-8 /10 =3,8 10-9 W.

Calculer l'intensité du rayonnement ( W m-2) émise par la source à une distance de 10 cm, 20 cm, 40 cm.

Aire d'une sphère de rayon r : 4 p r2 ; l'intensité est identique dans toutes les directions. P = 4 p r2 I.

I= P / (4 p r2) = 3,8 10-9 /(4*3,14r2) = 3,04 10-10 /r2.
r(m)
0,1
0,2
0,4
I (W m-2)
3,0 10-8
7,6 10-9
1,9 10-9

A quelle distance faut-il se placer de la source pour que l'intensité du rayonnement mesuré à 10 cm soit divisé d'un facteur 100.

Le produit I r2 est constant : I10 *10-2 = 0,01 I10 d2. d = 1 m de la source.

Déterminer le nombre de photons reçus par seconde sur une surface de 1 cm2 placée à une distance de 50 cm de la source.

Intensité du rayonnement à la distance d= 0,5 m de la source :

I = P/(4 p r2) =3,8 10-9 /(4*3,14*0,52) =1,2 10-9 W m-2.

1 cm2 = 10-4 m2 ; puisance reçue sur cette surface : 1,2 10-9 *10-4 = 1,2 10-13 W.

Energie reçue en 1 s par cette surface : 1,2 10-13 J.

Energie d'un photon : 159 103*1,6 10-19 =2,54 10-14 J.

Nombre de photons : 1,2 10-13 / 2,54 10-14 =4,7 ~ 5 photons.






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