Aurélie 12/09/07
 

utilisation d'une source radioactive concours technicien laboratoire 2007


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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.

  1. 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.
  2. 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)
  3. 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.

  1. 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.
  2. 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.

 

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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 ?
     

 

 

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 :
0 à 0,25 Gy
0,25 à 1 Gy
1 à 1,25 Gy
2,25 à 5 Gy
>5 Gy
pas de symptômes pathologiques en relation avec l'irradiation
quelques nausées, légère chute du nombre de globules blancs
vomissements, nette modification de la formule sanguine
dose mortelle pour une personne sur deux, hospitalisation obligatoire
décès quasi certain

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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