Annale corrigée Partie 2 Ancien programme

Le début de la radioactivité : le radium

Antilles, Guyane • Septembre 2017

Le défi énergétique • 6 points

Le début de la radioactivité : le radium

Le radium, élément extrêmement rare, est découvert par Pierre et Marie Curie en 1898. Ils déterminent la masse molaire et le numéro atomique de cet élément, dont ils montrent qu'il correspond à une case alors encore vide du tableau de Mendeleïev. Après la mort de Pierre Curie en 1906, Marie Curie est couronnée en 1911 d'un second prix Nobel, de chimie cette fois, pour cette identification.

document 1 Le radium

Prodigieux radium ! […] Purifié à l'état de chlorure, c'est une poudre blanche, terne, que l'on prendrait volontiers pour du vulgaire sel de cuisine. Mais ses propriétés, de mieux en mieux connues, apparaissent stupéfiantes. Son rayonnement, qui le dénonça aux Curie, dépasse en intensité toutes les prévisions : il est deux millions de fois plus fort que celui de l'uranium. Déjà la science l'a analysé, disséqué, subdivisé en rayons de trois sortes différentes, qui traversent – en se modifiant, il est vrai – les matières les plus opaques. Seul un épais écran de plomb peut arrêter ces rayons dans leur course invisible.

Ève Curie, Madame Curie, Gallimard, 1938

document 2 Notes de travail sur la radioactivité rédigées par Pierre et Marie Curie, datant de 1902

Cette page est toujours radioactive : elle fait crépiter un compteur Geiger.

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© Musée Curie (coll. ACJC)

D'après Pour la Science, « Les génies de la science », n° 9, novembre 2001

document 3 Évolution au cours du temps du nombre N de noyaux de radium 226 dans un échantillon de radium 226

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1. Le radium existe dans la nature sous différentes formes symbolisées par :

R86224a, R86226a(forme la plus courante) et R86227a

Recopiez et complétez la phrase suivante :

La composition du noyau de l'…… le plus courant du radium est la suivante : 86 ………… et 226 ………… .

2. La période radioactive est la durée au bout de laquelle 50 % des noyaux initialement présents sont désintégrés.

Déterminez graphiquement la période radioactive du noyau de radium 226 en complétant le graphique suivant et indiquez la valeur trouvée.

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3. Expliquez pourquoi la page reproduite dans le document 2 est toujours radioactive.

4. Le document 1 évoque l'uranium, un élément largement utilisé comme combustible dans les centrales nucléaires.

a) On s'intéresse à une transformation qui a lieu dans ce type de centrale.

Complétez l'équation modélisant une transformation nucléaire d'un isotope de l'uranium :

U92.+n01K3692r+B.141a+3n01

b) Indiquez si cette réaction est une fusion ou une fission. Justifiez.

5. À l'aide des documents et de vos connaissances, citez deux contraintes caractéristiques de la gestion des déchets radioactifs.

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Le document 1 donne quelques propriétés du radium et précise celles du rayonnement qui en est issu.

Le document 2 est une photographie d'une feuille de papier datant de l'époque des Curie et qui présente encore une radioactivité.

Le document 3 est un graphique qui montre l'évolution du nombre des noyaux de radium d'un échantillon en fonction du temps.

Organiser les réponses

1, 4. a) et b) Ces questions font appel à vos connaissances de cours.

2 et 3. Utilisez les informations relatives à la période radioactive et celles données par le graphique.

5. Utilisez le document 1 et basez-vous sur le document 3 pour déterminer la contrainte qu'il met en évidence.

Corrigé

1. La composition du noyau de l'atome le plus courant du radium est la suivante : 86 protons et 226 nucléons.

2.

sci1_1709_04_08C_04

3. La page présentée est datée de 1902. Elle a été contaminée il y a une centaine d'années (117 ans), mais il faut 1 600 ans pour que la moitié des noyaux présents se désintègrent et ne soient plus dangereux.

Même après T = 1 600 années, il restera des noyaux radioactifs sur cet objet.

4. a) Pour calculer le nombre de masse de l'uranium (U), en haut à gauche du symbole et noté A1 ci-après, on applique la loi de conservation :

A1+1=92+141+(3×1)

Soit : A1=2361=235

Pour calculer le numéro atomique Z du baryum (Ba), en bas à gauche du symbole et noté Z4 ci-après, on applique la même loi que pour A1 :

92+0=36+Z4+(3×0)

Soit, Z4=92 36=56

D'où l'équation complétée :

U92235+n01K3692r+B56141a+3n01

b) Cette réaction est une fission car, comme indiqué par sa définition, un noyau massif (ici, l'uranium) a été scindé en deux autres noyaux plus légers (le krypton et le baryum) par impact avec un neutron.

On constate par ailleurs que trois neutrons sont libérés lors de cette fission.

5. La contrainte principale des déchets radioactifs est liée à la santé car ils sont très dangereux et nocifs pour l'ensemble des êtres vivants.

Ensuite, la contrainte de la gestion des déchets radioactifs, mise en évidence dans le document 3, est leur temps de vie très long. On constate en effet, d'après le temps de demi-vie de radium, que de tels déchets mettront quelque 1 600 années à disparaître de moitié seulement.

D'autres noyaux, comme l'uranium, forment des déchets radioactifs d'une durée de vie encore plus longue, dépassant des millions d'années.

Enfin, le document 1 évoque le confinement de ce type de déchets, lequel nécessite des enceintes spécifiques, coûteuses et très épaisses en plomb.

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