Physique-Chimie Terminale Spécialité
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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 5
Activité 2 - Activité expérimentale
60 min
Désintégration aléatoire
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Objectif : Établir l'expression de l'évolution temporelle d'une population de noyaux radioactifs.
Exploiter la loi et une courbe de décroissance radioactive.
Exploiter la loi et une courbe de décroissance radioactive.
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Problématique de l'activité
En France, les centrales nucléaires fournissent 72 % des besoins en électricité. Elles utilisent l'énergie libérée lors de la fission contrôlée de noyaux d'uranium en noyaux plus légers. Bien que ne rejetant pas de \text{CO}_2(\text{g}) dans l'atmosphère, ces fissions produisent des déchets radioactifs comme le cobalt 60, dont le traitement et le stockage sont complexes.
Comment traiter les déchets radioactifs ?
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Doc. 1Désintégration radioactive
L'activité radioactive A d'un échantillon correspond au nombre de désintégrations de noyaux par seconde. Elle s'exprime en becquerel (Bq).
Plus l'activité de l'échantillon de noyaux radioactifs est grande pour une même masse, plus les risques sur la santé sont élevés.
Le temps de demi-vie t_{1/2} d'une source radioactive est le temps au bout duquel la moitié des noyaux d'un échantillon se sont désintégrés.
Plus l'activité de l'échantillon de noyaux radioactifs est grande pour une même masse, plus les risques sur la santé sont élevés.
Le temps de demi-vie t_{1/2} d'une source radioactive est le temps au bout duquel la moitié des noyaux d'un échantillon se sont désintégrés.
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Doc. 2Déchets radioactifs
| Isotopes | Type | Temps de demi-vie | Activité (Bq·g‑1) |
| Nickel ^{63}\text{Ni} | \beta | 100 a | 2,1 × 1012 |
| Hydrogène ^3\text{H} | \beta | 12,3 a | 3,6 × 1014 |
| Radium ^{226}\text{Ra} | \alpha | 1 600 a | 3,7 × 1010 |
| Fer ^{59}\text{Fe} | \beta | 44,5 j | 1,8 × 1015 |
| Curium ^{244}\text{Cm} | \alpha | 18 a | 3,0 × 1012 |
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Doc. 3Décroissance radioactive
La désintégration d'un seul atome est totalement aléatoire. Mais, à l'échelle macroscopique, l'évolution d'une population d'atomes est prévisible.
Le nombre de noyaux radioactifs N d'une population évolue au cours du temps t selon la relation :
Le nombre de noyaux radioactifs N d'une population évolue au cours du temps t selon la relation :
N(t) = N_0\, ·\, \text{exp}(-\lambda \, ·\, t)
N(t) : nombre de noyaux radioactifs
N_0 : nombre de noyaux initiaux
\lambda : constante radioactive (s-1)
t : temps (s)
N_0 : nombre de noyaux initiaux
\lambda : constante radioactive (s-1)
t : temps (s)
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- Type de désintégration du cobalt 60 : \beta ^-
- Masse molaire du cobalt : M(\text{Co}) = 58{,}9 g·mol‑1
- Constante radioactive du cobalt 60 : \lambda = 0{,}132 a-1
- Activité massique du cobalt 60 : A_{\text{m}} = 44 \times 10^{12} Bq·g-1
- Constante d'Avogadro : N_{\text{A}} = 6{,}02 \times 10^{23} mol‑1
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Doc. 4Cobalt 60
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Questions
Compétence(s)
RAI/ANA : Élaborer un protocole
VAL : Exploiter un ensemble de mesures
VAL : Faire preuve d'esprit critique
VAL : Exploiter un ensemble de mesures
VAL : Faire preuve d'esprit critique
2. À l'aide d'un tableur-grapheur, réaliser le tracé de l'évolution du nombre de noyaux radioactifs au cours du temps pour un pas temporel de 4 ans.
GeoGebra
3. Déterminer graphiquement la valeur de t_{1/2}.
4. Estimer le temps au bout duquel les trois quarts des noyaux se sont désintégrés. La désintégration du cobalt 60 aboutit à la formation d'un noyau stable, non radioactif.
5. Conclure en justifiant la nécessité ou non d'enfouir le cobalt 60.
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Synthèse de l'activité
Comparer les temps de demi-vie de chaque isotope et préciser de quelle manière on peut s'assurer que ces déchets ne représentent aucune menace pour la population.
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Oups, une coquille
