Radioactivité

Radioactivité

La radioactivité fut découverte en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium, puis par Marie Curie pour le thorium. La radioactivité est un phénomène physique naturel, dans lequel deux noyaux atomiques instables se transforment en dégageant de l'énergie sous forme de rayonnements divers (des rayons α, des rayons β ou des rayons γ - alpha, béta, gamma).

Structure atomique

L'essentiel de la matière présente dans l'Univers est organisé en atomes, en ions, ou encore en molécules. Un atome possède un noyau composé de nucléons. Il existe deux sortes de nucléons : les protons de charge électrique négative, et les neutrons qui sont neutres. Autour de ce noyau, sur différentes couches, sont disposés des électrons de charge électrique négative.

En radioactivité on se préoccupe du noyau uniquement.

Le noyau atomique est représenté par :

• Z = masse atomique ou nombre de protons
• A = nombre de masse ou nombre de nucléons ( = Z + N)
• N = nombre de neutrons (donc N = A - N)
• X étant le nom de l'espèce chimique

Notion d'isotopie : Deux noyaux sont isotopes s'ils ont le même nombre de protons, mais pas le même nombre de nucléons.

Stabilité et instabilité

Il existe trois forces intervenant dans le noyau et permettant sa stabilité (en théorie) :

• Interaction gravitationnelle attractive entre les nucléons (comme la Terre avec la Lune), cette force est négligeable.
• Interaction électrique répulsive entre les protons (comme pour deux pôles nord de deux aimants, + et + = répulsion)
• Interaction forte : elle se manifeste que dans le noyau ayant une portée très courte de l'ordre du fentomètre, c'est elle qui assure la cohésion du noyau

C'est pourquoi il n'existe pas de "gros noyaux" stables car l'interaction électrique l'emporte alors sur l'interaction forte.

Radioactivité

(Découverte en 1896 par Henri Becquerel)

Définition

Un noyau radioactif est un noyau instable dont la désintégration est aléatoire, au cours de cette désintégration il se transforme en un autre noyau. Un noyau père donne un noyau fils. La radioactivité correspond à une réaction nucléaire spontanée avec émission de rayonnement. Les désingrations radioactives sont : - aléatoires - spontanées - inéluctables - indépendantes de la combinaison chimique dans laquelle se trouve l'atome - indépendantes des conditions pression_température.

Loi de conservation (loi de Soddy)

Cette loi dit qu'il y a lors d'une désintégration radioactive :
- Conservation du nombre de nucléons : N₁=N₂+₃
- Conservation du nombre de charge : Z₁=Z₂+Z₃

Les différents types de radioactivité

Radioactivité α

Cette radioactivité correspond à l'émission d'un noyau atomique d'Hélium :

Radioactivité β-

Cette radioactivité correspond à l'émission d'un électron :

Radioactivité β+

Cette radioactivité correspond à l'émission d'un positon :
Elle se manifeste par la transformation dans le noyau d'un proton en neutron

Radioactivité γ ;

L'émission γ (gamma) accompagne les différents types de radioactivité. En effet, le noyau résultant d'une désintégration radioactive est dans un état énergétique excité. Pour revenir à son état fondamental, le noyau libère de l'énergie sous forme d'un rayonnement électromagnétique gamma de très haute fréquence :

Décroissance radioactive

Nombre de désintégrations pendant une durée Δ t

Un noyau ne vieillit pas, il ne subit aucune modification. Tout noyau radioactif d'un ensemble de noyaux à une probabilité constante λ de se désintégrer pendant une unité de temps.
On surnomme :

• N₀ : le nombre de noyaux présents à un temps donné t₀
  
• N_t : le nombre de noyaux présents à un instant t.
  

Donc, N + N Δ le nombre de noyau présent à l'instant t + Δ t

Pour déduire le nombre de noyaux qui se sont désintégrés pendant une durée Δ t, il faut calculer la différence entre le nombre de noyaux présents initialement (N₀) et le nombre de noyaux présents à l'instant t+Δt c'est à dire N + N Δ :

N - ( N + N Δ ) = -Δ N

Ce nombre moyen de désintégrations pendant Δ t est proportionnel à :

• la durée Δt
• au nombre de noyaux radioactifs présents dans l'échantillon à l'instant t.
  

Décroissance exponentielle

La courbe représentant le nombre de noyaux présents en fonction du temps est représentée par une fonction exponentielle. C'est ainsi qu'on décrit la loi de décroissance radioactive comme ceci :

N(t) = N₀e^-λt

Demie-vie d'un échantillon radioactif

Constante de temps

La constante de temps s'exprime en secondes.

τ = 1 ÷ λ

< font color="#green">Remarque : La constante de temps correspond au temps nécessaire à la désintégration de 63 % du nombre de noyaux présents à t0, donc τ=0.37N₀

Temps de demie-vie

Remarque : Le temps de demie-vie est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs présents à t = 0 ont disparu.

t_1/2= ln2 ÷ λ

Activité radioactive

L'activité A d'une source est égale au nombre de désintégrations par seconde dans l'échantillon.

A(t) = λ Noe^-λt = A₀e^-λt

L'unité est le becquerel = une désintégration par seconde.

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Voir aussi : Atome.

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Vocabulaire associé

• Radioactivité (n. f.)

• Radioactif,ive (adj.)

• Radiation (n. f.) : Synonyme de rayonnement.

• Irradiation (n. f.) : Action de soumettre à un rayonnement ionisant. Exposition (volontaire - par exemple à des fins thérapeutiques ou scientifiques, ou accidentelle) d'un organisme ou d'une personne à des rayonnements ionisants.

• Rayon (n. m.) : émanation de lumière ou d'énergie, par exemple, rayons solaires, rayons gammas ...

• Rayonnement (n. m.) : fait d'émettre des rayons.

• Rayonnement ionisant (gn. m.) : rayonnement qui produit des ionisations dans la matière qu'il traverse (rayon alpha, béta, gamma ou neutron).

• Radioprotection (n. f.) : ensemble des mesures prises pour assurer la protection contre les rayonnements ionisants.

• Radium (n. m.) : métal radioactif, de symbole chimique (Ra).

• Radon ((n. m.) : gaz naturellement radioactif.

voir aussi l'article Savoir collectionner les uranifères avec le maximum de sécurité

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