2011 : Emission d'un rayonnement bêta moins par le césium

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Catégorie : Exercices du BAC

L’Agence Internationale de l’Energie Atomique (A.I.E.A) rapporte que lors de l’accident nucléaire survenu au Japon dans la préfecture de Fukushima le 14 mars 2011, des dépôts d’iode et de césium 137() ont été détectés dès le 30 mars 2011 dans beaucoup d’autres préfectures du Japon.
L’iode 131 et le césium 137 sont des noyaux radioactifs β^--,.de demi-vie respective jours et

T_Cs = 30 ans. Les riverains de la centrale sont ainsi exposés à une irradiation par inhalation ou par ingestion de ces noyaux du fait de la contamination de l’air atmosphérique et des aliments (eau, lait, légumes, poissons…). Le 06 avril 2011, un village environnant de la centrale de Fukushima s’est vu interdire l’usage de son eau pour les nourrissons à cause d’une concentration en iode de 100 Bq par litre.

Données : masse de l’électron m = 0,00055 u ;    1 u = 1,67 10^-27 kg = 931,5 MeV/C²

célérité de la lumière dans le vide C = 3.10⁸ m.s^-1 ;  masse du noyau de césium :

; masse du noyau de baryum :

Extrait du tableau de classification :

 3-1. On dit que la radioactivité naturelle est un phénomène aléatoire, spontané et inéluctable.

Expliquer brièvement chacun des termes soulignés ci dessus.                                  (0,75 point)

3-2. Citer deux propriétés de la radioactivité β^--.                                                       (0,5 point)

3-3. Ecrire les équations-bilan des réactions de désintégration de  l’iode  et  du

 césium .                                                                                                               (0,5 point)

3-4. Expliquer pourquoi on observe en même temps une émission de rayonnement .

Ecrire les équations des réactions nucléaires correspondantes.                                           (0,5 point)

3-5. Calculer, en MeV, l’énergie libérée par la désintégration d’un noyau de césium 137.  (0,5 point)

3-6. A un instant t = 0, deux riverains P₁ et P₂ boivent, respectivement, l’un un litre d’eau contaminé à l’iode 131 de concentration 100 Bq par litre et, l’autre, un litre de lait de vache contaminé au césium 137 de  concentration 0,22 Bq par litre.

3.6.1. Calculer le nombre de noyaux d’iode 131 présents à t = 0 dans le litre d’eau consommé par P₁ ainsi que le nombre de noyaux  de césium 137 présents à t = 0 dans le litre de lait consommé par P₂. 

Rappel : l’activité A(t) d’un échantillon radioactif est liée au nombre N(t) de noyaux radioactifs présents par :                                                                                                                   (0,5 point)

3.6.2.  Rappeler l’expression liant N, N₀,  et  t  respectivement, nombre de noyaux radioactifs à un

instant quelconque t, nombre de noyaux radioactifs initial (à t = 0), constante radioactive et instant quelconque.                                                                                                                               (0,25 point)

3.6.3.  Dans le tableau qui suit N représente le nombre de noyaux radioactifs à la date t.

Recopier puis compléter le tableau.                                                                        (0,5 point)

 3.6.4  En supposant que le danger lié à l’absorption d’un liquide contaminé est dü uniquement au nombre de noyaux radioactifs présents dans l’organisme, déduire de ce qui précède, lequel de P₁ ou P₂. est encore plus menacé un an après l’ingestion.                                          (0,5 point)     

3.7. L’apport d’iode est essentiel à l’organisme humain qui le capte sous forme d’ions iodure au niveau de la glande thyroïde. L’isotope iode  n’est pas radioactif contrairement à l’iode  qui est particulièrement cancérigène. En cas de fuite radioactive on fait absorber le plus rapidement possible des comprimés d’iode 127 sous forme d’iodure de potassium.

3.7.1.  Justifier l’utilité de cette mesure.                                                                   (0,25 point)

Expliquer pourquoi, en cas d’absorption d’iode 131 à un instant t, des noyaux d’iode continuent à irradier la thyroïde bien après cet instant.                                                           (0,25 point)

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