Iode 131, Césium 137 concours ENI GEIPI 2009.

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.

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