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Décroissance radioactive : exercices de sciences physiques en terminale – PDF gratuit à télécharger et imprimer

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Décroissance radioactive : exercices de sciences physiques en terminale – PDF gratuit à télécharger et imprimer

Vingt exercices progressifs sur la décroissance radioactive : équations de désintégration, demi-vie, activité, datation au carbone 14 et exploitation de graphiques. Cherche seul(e), puis consulte le corrigé séparé. Constantes utiles : ln 2 = 0,693 ; 1 an = 3,156 × 107 s ; 1 u = 931,5 MeV/c2.

Cette fiche d’exercices est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.

Les exercices sur la décroissance radioactive

Exercice 1 : Questions de cours

1. Définis deux noyaux isotopes.
2. Quelle particule est émise lors d’une désintégration α ? β⁻ ? β⁺ ?
3. Que représente la constante radioactive λ ? Quelle est son unité ?
4. Donne la relation entre la demi-vie et λ.
5. Définis l’activité d’une source et son unité.

Exercice 2 : Vrai ou faux ?

Justifie chaque réponse.

a. On peut prévoir l’instant exact où un noyau donné va se désintégrer.
b. Après deux demi-vies, il reste la moitié des noyaux initiaux.
c. L’activité d’un échantillon est proportionnelle au nombre de noyaux radioactifs qu’il contient.
d. Une émission γ modifie le nombre de charge du noyau.
e. 1 Bq correspond à une désintégration par seconde.
f. La constante de temps τ est plus grande que la demi-vie.

Exercice 3 : Composition de noyaux

Donne le nombre de protons, de neutrons et de nucléons des noyaux 146C, 23892U et 6027Co. Lesquels sont isotopes de 126C ?

Exercice 4 : Équations de désintégrations α

Complète les équations (Z : Ra 88, Rn 86, Po 84, Pb 82, Am 95, Np 93).

a. 22688Ra → X + 42He
b. 21084Po → 20682Pb + Y
c. 24195Am → Z + 42He

Exercice 5 : Équations de désintégrations β⁻

Écris les équations (Z : C 6, N 7, Co 27, Ni 28, I 53, Xe 54) en précisant la particule émise.

a. Le cobalt 60 (6027Co) donne du nickel.
b. L’iode 131 (13153I) donne du xénon.
c. Le carbone 14 donne de l’azote.

Exercice 6 : Équations de désintégrations β⁺

Écris les équations (Z : B 5, C 6, O 8, F 9, Ne 10, Na 11).

a. Le fluor 18 donne de l’oxygène 18.
b. Le sodium 22 donne du néon 22.
c. Le carbone 11 donne du bore 11.
Pourquoi ces noyaux sont-ils situés au-dessus de la vallée de stabilité ?

Exercice 7 : Une chaîne de désintégrations

Le schéma montre le début de la famille de l’uranium 238. Chaque flèche porte le type de désintégration.

U 238Z = 92X 234Z = ?Pa 234Z = 91U 234Z = 92Th 230Z = ?αβ⁻β⁻αLa lettre est le symbole, le nombre est A ; Z est le nombre de protons
Début de la famille radioactive de l’uranium 238.

1. Détermine Z du noyau X (première désintégration α) et nomme-le (Z : Th 90, Pa 91, U 92).
2. Écris l’équation de la deuxième désintégration.
3. Écris l’équation de la dernière désintégration et détermine Z du dernier noyau.
4. Combien de nucléons l’uranium 238 a-t-il perdu dans cette chaîne ?

Exercice 8 : Lecture d’une courbe d’activité

Un échantillon de technétium 99m est étudié ; le graphique donne son activité A en kBq en fonction du temps.

020040060080006121824t (h)A (kBq)
Activité d’un échantillon de technétium 99m.

1. Quelle est l’activité initiale A0 ?
2. Détermine graphiquement la demi-vie de l’échantillon.
3. Calcule la constante radioactive λ en h−1 puis en s−1.
4. Calcule l’activité à t = 9 h et compare avec le graphique.

Exercice 9 : Constante radioactive de l’iode 131

La demi-vie de l’iode 131 vaut 8,0 jours.

1. Calcule λ en j−1 puis en s−1.
2. Calcule la constante de temps τ en jours.
3. Quelle fraction des noyaux reste-t-il au bout de 20 jours ?

Exercice 10 : Compter les demi-vies

Un échantillon contient N0 = 1,0 × 106 noyaux radioactifs.

1. Combien en reste-t-il après 3 demi-vies ?
2. Combien en reste-t-il après 10 demi-vies ?
3. Au bout de combien de demi-vies, au minimum, ne reste-t-il plus qu’un seul noyau (en moyenne) ?

Exercice 11 : Activité d’une source d’iode

Un échantillon contient N = 2,5 × 1010 noyaux d’iode 131, de constante radioactive λ = 1,0 × 10−6 s−1.

1. Calcule son activité A.
2. Calcule son activité 16 jours plus tard (la demi-vie vaut 8,0 jours).
3. Combien de désintégrations ont lieu en une minute au début de l’observation ?

Exercice 12 : Courbe du carbone 14

Le graphique donne la fraction N/N0 de carbone 14 restant dans un échantillon en fonction de l’âge.

00,250,500,751,0005 00010 00015 00020 000âge (ans)N / N₀
Fraction de carbone 14 restant selon l’âge de l’échantillon.

1. Détermine graphiquement la demi-vie du carbone 14.
2. Quel est l’âge d’un échantillon pour lequel N/N0 = 0,30 ? Donne la valeur lue puis calculée avec λ = 1,21 × 10−4 an−1.
3. Pourquoi la courbe ne permet-elle pas de dater avec précision un échantillon de 50 000 ans ?

Exercice 13 : Datation d’un échantillon

Une pièce de bois archéologique a une activité égale à 40 % de celle d’un bois vivant de même masse. Donnée : λ(14C) = 1,21 × 10−4 an−1.

1. Établis la relation donnant l’âge t en fonction de A/A0 et λ.
2. Calcule l’âge de la pièce, avec deux chiffres significatifs.
3. Combien de demi-vies cela représente-t-il ?

Exercice 14 : Une droite en coordonnées logarithmiques

On a mesuré l’activité A (en Bq) d’une source et tracé ln(A) en fonction du temps.

4,05,06,07,08,0024681012t (min)ln(A) (A en Bq)
Évolution de ln(A) avec le temps : les points sont alignés.

1. Pourquoi l’alignement des points valide-t-il une loi exponentielle ?
2. Détermine le coefficient directeur de la droite et en déduis λ en min−1.
3. Calcule la demi-vie et la constante de temps.
4. Quelle est l’activité initiale A0 ? (e8,0 ≈ 2,98 × 103)

Exercice 15 : Une scintigraphie au technétium

On injecte à un patient une activité A0 = 600 MBq de technétium 99m, de demi-vie 6,0 h.

1. Calcule l’activité 24 h après l’injection.
2. Calcule λ en h−1.
3. Au bout de quelle durée l’activité est-elle inférieure à 1 % de A0 ?
4. Pourquoi choisit-on un noyau de courte demi-vie pour un examen ?

Exercice 16 : Analyse de mesures de comptage

Après correction du bruit de fond, on obtient l’activité d’une source :

t (min)012345
A (Bq)40029622016312089

1. Calcule les rapports A(t+1 min)/A(t) successifs. Que remarques-tu ?
2. Déduis λ puis la demi-vie.
3. Prévois l’activité à t = 7 min avec λ = 0,30 min−1.
4. Quand l’activité sera-t-elle inférieure à 10 Bq ?

Exercice 17 : Le radon d’une cave

Le radon 222 a une demi-vie de 3,8 jours. Une cave fermée contient une quantité initiale de radon qui n’est plus renouvelée.

1. Quelle fraction de la quantité initiale reste-t-il au bout de 10 jours ?
2. Au bout de quelle durée l’activité est-elle divisée par 10 ?
3. En pratique, pourquoi aérer la cave reste-t-il nécessaire ?

Exercice 18 : Énergie libérée par une désintégration α

Équation : 22688Ra → 22286Rn + 42He. Masses : m(Ra) = 226,0254 u ; m(Rn) = 222,0176 u ; m(He) = 4,0026 u.

1. Calcule la perte de masse Δm de la transformation.
2. Calcule l’énergie libérée en MeV.
3. Sous quelles formes cette énergie se retrouve-t-elle ?

Exercice 19 : Bois de charpente et fossile

Donnée : t1/2(14C) = 5 730 ans, λ = 1,21 × 10−4 an−1.

1. Une poutre de charpente a une activité égale à 92 % de celle d’un bois vivant. Calcule son âge.
2. Un ingénieur propose de dater par le carbone 14 un fossile de 100 millions d’années. Combien de demi-vies cela représente-t-il ? Conclus.

Exercice 20 : Choisir un noyau pour un examen médical

On hésite entre trois noyaux émetteurs γ pour une imagerie de diagnostic : A (demi-vie 6,0 h), B (demi-vie 8,0 jours) et C (demi-vie 30 ans).

1. Calcule, pour chacun, la fraction de l’activité restante 24 h après l’injection.
2. Quel noyau choisir ? Argumente en croisant plusieurs critères (irradiation du patient, durée de l’examen, déchets).
3. Pourquoi un émetteur α serait-il mal adapté à un diagnostic par imagerie externe ?

Voir le corrigé : Radioactivité et loi de décroissance, exercices de sciences physiques terminale