Corrigé 2014 : Radioactivité de l'isotope de mercure 203

 

5.1. L’élément mercure, traceur isotopique :
5.1.1. La radioactivité \beta^{-}correspond à l’émission d’électrons par un noyau radioactif.

Equation de la réaction : ^{203}_{80}Hg\rightarrow  ^{0}_{-1}e+^{A}_{Z}Y

Les lois de conservations donnent : 203 = A et 80 = -1+Z ; d’où Z= 81 donc ^{A}_{Z}Y au correspond^{203}_{81}Tl

d’où l’équation ^{203}_{80}Hg\rightarrow ^{0}_{-1}e+^{203}_{81}Tl



5.1.2. L’activité à t = 0 :

A_{0}=\lambda.N_{0}\Longrightarrow or \lambda =\frac{ln2}{T}\Longrightarrow A_{0}=\frac{N_{0}.ln2}{T} A_{0}=\frac{2,96.10^{21}.ln2}{46,69\times24\times 3600}=5,09.10^{14}Bq

5.1.3. Durée au bout de laquelle l’activité diminue de  0,14.A_{0} :
A cette date

A=A_{0}-0,14.A_{0}=0,86.A_{0}\Longrightarrow  A_{0}.e^{-\lambda t}=0,86.A_{0}\Longrightarrow -\lambda t=ln0,86\Longrightarrow t=-\frac{ln0,86}{\lambda}=-T\frac{ln0,86}{ln2}\Longrihtarrow t=-46,69\frac{ln0,86}{ln2}=\textrm{10,16 jours    t = 10,16 jours}

 

5.2. Sécurisation des billets de banque par le mercure :

5.2.1. Le spectre d’émission ou d’absorption du mercure est discontinu.

5.2.2. Détermination de la transition responsable de cette fluorescence :
La lumière émise par la lampe à vapeur de sodium résulte d’une désexcitation des atomes de mercure.
Cette lumière excite les nanos pigments qui émettent à leur tour par fluorescence.

E_{photon}(\acute{e}mis)=\Delta E =\frac{hC}{\lambda_{1}} A.N : E_{photon}(\acute{e}mis)=\frac{6,62.10^{34}.3.10^{8}}{253,6.10^{-9}}=7,83.10^{-19}J=4,89eV

 

On vérifie que cette énergie correspond à :\Delta E = E_{2} - E_{2} : elle correspond donc à la transition du niveau E_{2}vers le niveau {/tex}E_{0}{/tex} pour le mercure.

5.2.3. Représentation de la transition :

                                                                                

5.2.4. La longueur d’onde maximale \lambda_{2} :

Lors d’une désexcitation d’un niveau p vers un niveau n la longueur d’onde de la radiation émise est
donnée par : \lambda = \frac{hC}{E_{p}-E_{0}} ; comme cette désexcitation mène au niveau fondamentale donc

En=E_{0}\Longrightarrow \lambda =\frac{hC}{E_{p}-E_{0}}

Pour que\lambda soit maximale il faut que E_{p}=E_{1} soit minimale donc E_{p}=E_{1}

\Longrightarrow\lambda_{max}=\lambda_{2}=\frac{hC}{E_{1}-E_{0}}

 

\lambda_{2}=frac{6,62.10^{-34}.3.10^{8}{(-5,77+10,44).1,6.10^{-19}}=2,66.10^{-7}

\lambda_{2} = 2,66.10^{-7} m = 266 nm

 

5.2.5. Détermination de\lambda_{3} :

E_{2}-E_{1}=\frac{hC}{\lambda_{3}}\Longrightarrow \lambda_{3}=\frac{hC}{E_{2}-E_{1}}

 

\lambda_{3}=\frac{6,62.10^{-34}.3.10^{8}}{(-5,55+5,77).1,6.10^{-19}}=5,64.10^{-6}m

 

\lambda_{3}=5,64.10^{-6}m


Relation entre \lambda_{1},\lambda_{2} et\lambda_{3} :

On a : E_{2}-E_{0}=(E_{2}-E_{1})+(E_{1}-E_{0})\Longrightarrow\frac{hC}{\lambda_{1}}=\frac{hC}{\lambda_{3}}+\frac{hC}{\lambda_{2}}\Longrightarrow\frac{1}{\lambda_{1}}=\frac{1}{\lambda_{3}}+\frac{1}{\lambda_{2}}

 

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