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Parmi les dispositifs ou matériel de
laboratoire susceptibles de présenter un risque lors
de leur utilisation en TP ou en expérience de cours
de physique, les sources radioactives contenues dans
certains dispositifs constituent un cas remarquable.
A sa réalisation la source que l'on étudie
était constituée de Césium 137
13755Cs, qui émet des
rayonnement béta moins et gamma. Son activité
lors de sa fabrication était égale à
A0= 3,7 105 Bq. La durée de
demi-vie du Césium 137 est de 30 ans.
- Rappeler la nature des rayonnements radioactifs
alpha, béta moins, béta plus et gamma.
réponse :
alpha : noyau
d'hélium 42He ;
béta moins : électron
0-1e ; béta plus :
positon 01e ; gamma : onde
électromagnétique de même nature que
la lumière.
- Donner la composition du noyau de Césium 137.
Après transformation, il donne un isotope stable
du baryum 13756Ba. Ecrire
l'équation de la désintégration qui
conduit du Césium 137 au Baryum 137. Quelle est la
nature de la particule émise ?
réponse :
Le noyau de Césium 137 compte
55 protons et 137-55
=82 neutrons.
13755Cs
--->13756Ba +
0-1e
(électron)
- Définir la durée de demi-vie d'un
nucléide, rappeler la loi de décroissance
radioactive et calculer l'activité A de
l'échantillon de nos jours ( 30 ans après
sa réalisation).
réponse :
Soit un échantillon contenant N0 noyaux
radioactifs à la date t0 =0 choisie
comme date initiale. Soit N le nombre de noyaux
radioactifs (non désintégrés) encore
présents dans l'échantillon à la
date t.
l est la constante
radioactive, caractéristique d'un
radioélément.
- La demi-vie radioactive,(ou
période) notée t½, d'un
échantillon de noyaux radioactifs est égale
à la durée au bout de laquelle la
moitié des noyaux radioactifs initiaux se sont
désintègrés.
De nos jours, au bout d'une durée égale
à une demi-vie, l'activité est
divisée par 2: A= ½A0 =
1,8 105
Bq.
- Quelles précautions faut-il prendre pour la
gestion des sources radioactives ?
réponse :
Les conserver dans une armoire fermée à
clef ; les sources doivent être entourées de
plusieurs cm de plomb.
Dose reçue par un
élève
:
On se propose de déterminer
la dose radioactive reçue par un élève
pendant un TP de deux heures.Nous admettrons qu'il
présente une surface exposée aux radiations de
0,75 m2, que sa masse est égale à
70 kg et qu'il est situé en moyenne à 2 m de
la source durant les deux heures de TP.
- En utilisant les informations
suivantes ( d'après www.cea.fr), quel(s) type(s)
de radiations peut atteindre l'élève ?
Pouvoir de pénétration ( ils peuvent
traverser la matière ) des rayonnements
ionisants/
- Particules alpha : pénétration
très faible dans l'air. Une simple feuille de
papier peut les arrêter.
- Particules béta moins :
pénétration faible. Parcourent quelques
mètres dans l'air. Une feuille d'aluminium de
quelques millimètres peut les arrêter.
- rayonnements gamma et X : pénétration
très grande : plusieurs centaines de mètres
d'air. Une forte épaisseur de béton ou de
plomb permet de sans protéger.
réponse :
Les rayons béta moins,
gamma et X peuvent atteindre
l'élève.
- Le rayonnement étant isotrope, c'est à
dire le même dans toutes les directions, calculer
le nombre de particules qui atteignent
l'élève pendant les deux heures. ( surface
d'une sphère s= 4pr2
)
réponse :
surface d'une sphère de rayon r = 2 m : s =
4*3,14*22 = 50,2 m2.
La surface de l'élève représente le
0,75 / 50,2 = 1,49
10-2 de la surface de la
sphère.
L'activité de la source est A = 1,85
105 désintégrations par
seconde.
Soit en deux heures : 1,85 105 * 2*3600 =
1,33 109 désintégrations.
Nombre de particules qui atteignent l'élève
: 1,33 109 * 1,49 10-2 =
1,98
107.
- Ces particules ont, dans le cas du Césium 137
une énergie de 0,622 MeV, en déduire la
dose absorbée. Cette source présente t-elle
un danger dans le cadre d'une utilisation normale ?
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Données :
1 MeV = 1,6 10-13 J.
Lorsqu'un rayonnement pénètre la
matière, il interagit avec celle-ci et lui transfert
de l'énergie. La dose absorbée par la
matière caractérise ce transfert
d'énergie. L'unité de dose absorbée par
la matière est le Gray ( Gy) qui est
l'équivalent d'un joule absorbé par kilogramme
de matière.
Tous les rayonnements n'ayant pas la même
nocivité on définit un équivalent de
dose dans lequel chaque type de rayonnement doit être
pondéré pour tenir compte des
différences. L'unité d'équivalent de
dose est le sievert ( Sv).
Effets liés à une irradiation
homogène :
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0 à 0,25 Gy
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0,25 à 1 Gy
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1 à 1,25 Gy
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2,25 à 5 Gy
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>5 Gy
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pas de symptômes pathologiques en
relation avec l'irradiation
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quelques nausées,
légère chute du nombre de globules
blancs
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vomissements, nette modification de la
formule sanguine
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dose mortelle pour une personne sur deux,
hospitalisation obligatoire
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décès quasi certain
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réponse :
énergie de ces particules : 0,622 *1,98 107 = 1,23
107 MeV
1,23 107* 1,6 10-13 =1,97
10-6 J.
soit 1,97 10-6 /70 =
2,8 10-8 J
kg-1 ( Gy)
Donc pas de symptômes pathologiques en relation
avec l'irradiation
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