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Introduction à la physique moderne
g) On rappelle que la «dose» radioactive est définie comme étant 1' énergie déposée (par les rayonnements ionisants) dans une unité de masse de matière (unité:
le Gray, 1 Gy = 1 Jjkg).
1. Quelle était la dose journalière (en Gray) reçue par l'agent secret
(m = 75 kg) au début de son empoisonnement? (on supposera l'activité
constante)
2. Pour obtenir la « dose équivalente » correspondante (en Sievert Sv), il faut
multiplier le résultat précédent par 20 (facteur 20 pour particules alpha).
Sachant que la dose (équivalente) létale est de 10 Sv, conclure sur la cause
du décès de 1' agent secret.
lm Datation au carbone 14
Un isotope du carbone, le
14 C, est formé dans les plus hautes couches de l'atmosphère
par l'impact d'un neutron n sur un noyau d'azote, suivant la réaction :
~
4
N+n~~
4
C+x
On donne les valeurs suivantes : masses au repos pour le proton p, le neutron n, et
pour les noyaux de 14 N et de 14 C : m(n) = l ,009u; m(p) = l ,007u; m( 14 N) =
l4,003u ; m( 14 C) = 14,007u, avec lu = 1,6.10- 27 kg. Charge élémentaire e =
1,6.10- 19 c
a) Déterminer les numéros Z et A de la particule x. De quelle particule s'agit-il?
b) Calculer les défauts de masse 11m de
14 N et de
14 C.
c) Exprimer alors l'énergie de liaison par nucléon que possèdent les noyaux
14 N
et
14 C en fonction de c. Lequel des deux noyaux est le plus stable?
d) Exprimer l'énergie de la réaction 11E en fonction de m(
14 N), m(1
4 C), m(n), m(p)
et c. La réaction est-elle endothermique ou exothermique? Faire l'application
numérique en eV.
e) On suppose que l'azote est initialement au repos. Déterminer l'énergie cinétique
minimale que doit avoir le neutron pour que la réaction puisse avoir lieu.
f) Dans ce cas, en déduire 1' expression et 1' ordre de grandeur de ~ sa vitesse par
rapport à celle de la lumière .
16 Effet photoélectrique sur les satellites
Un satellite en orbite peut se charger par effet photoélectrique quand la lumière du
Soleil éjecte des électrons de sa surface. Les ingénieurs doivent donc concevoir les
satellites de façon à ce que cet effet soit réduit au minimum. Supposez qu'un satellite
est couvert de platine, métal ayant un travail d'extraction très élevé (5 ,32 eV). Trouvez la plus grande longueur d'onde de lumière solaire incidente pouvant éjecter un
électron du platine.
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Introduction à la physique moderne
g) On rappelle que la «dose» radioactive est définie comme étant 1' énergie déposée (par les rayonnements ionisants) dans une unité de masse de matière (unité:
le Gray, 1 Gy = 1 Jjkg).
1. Quelle était la dose journalière (en Gray) reçue par l'agent secret
(m = 75 kg) au début de son empoisonnement? (on supposera l'activité
constante)
2. Pour obtenir la « dose équivalente » correspondante (en Sievert Sv), il faut
multiplier le résultat précédent par 20 (facteur 20 pour particules alpha).
Sachant que la dose (équivalente) létale est de 10 Sv, conclure sur la cause
du décès de 1' agent secret.
lm Datation au carbone 14
Un isotope du carbone, le
14 C, est formé dans les plus hautes couches de l'atmosphère
par l'impact d'un neutron n sur un noyau d'azote, suivant la réaction :
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On donne les valeurs suivantes : masses au repos pour le proton p, le neutron n, et
pour les noyaux de 14 N et de 14 C : m(n) = l ,009u; m(p) = l ,007u; m( 14 N) =
l4,003u ; m( 14 C) = 14,007u, avec lu = 1,6.10- 27 kg. Charge élémentaire e =
1,6.10- 19 c
a) Déterminer les numéros Z et A de la particule x. De quelle particule s'agit-il?
b) Calculer les défauts de masse 11m de
14 N et de
14 C.
c) Exprimer alors l'énergie de liaison par nucléon que possèdent les noyaux
14 N
et
14 C en fonction de c. Lequel des deux noyaux est le plus stable?
d) Exprimer l'énergie de la réaction 11E en fonction de m(
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et c. La réaction est-elle endothermique ou exothermique? Faire l'application
numérique en eV.
e) On suppose que l'azote est initialement au repos. Déterminer l'énergie cinétique
minimale que doit avoir le neutron pour que la réaction puisse avoir lieu.
f) Dans ce cas, en déduire 1' expression et 1' ordre de grandeur de ~ sa vitesse par
rapport à celle de la lumière .
16 Effet photoélectrique sur les satellites
Un satellite en orbite peut se charger par effet photoélectrique quand la lumière du
Soleil éjecte des électrons de sa surface. Les ingénieurs doivent donc concevoir les
satellites de façon à ce que cet effet soit réduit au minimum. Supposez qu'un satellite
est couvert de platine, métal ayant un travail d'extraction très élevé (5 ,32 eV). Trouvez la plus grande longueur d'onde de lumière solaire incidente pouvant éjecter un
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