Les transformations nucléaires spontanées - La radioactivité
ANon stabilité de certains noyaux atomiques - la radioactivité
Propriété
Cohésion et stabilité du noyau
Résulte de l’équilibre entre les interactions électromagnétiques et les interactions fortes.
Sous l'action des différentes forces en présence :
certains noyaux sont stables (ils ont une durée de vie considérée comme infinie à l'échelle géologique) ;
d'autres sont instables (ils se désintègrent spontanément au bout d'une durée plus ou moins importante à la même échelle).
Définition
Radioactivité
Phénomène physique naturel au cours duquel un noyau instable, appelé noyau père, se transforme en un noyau fils plus stable en émettant spontanément des particules alpha ou bêta ainsi qu’un rayonnement gamma.
Rappel
Représentation symbolique de l’atome
Le noyau de l’atome est constitué de protons (Z protons : Z est le numéro atomique ou le nombre de charges) et de neutrons (N neutrons).
Le nombre de nucléons (constituants du noyau) est alors A=Z+N (A nombre de nucléons ou nombre de masse).
On représente une entité sous la forme : ZAX
Rappel
Isotopes
Des isotopes sont des atomes possédant le même nombre de protons Z mais un nombre de neutrons N (ou de nucléons A) différent. Ils appartiennent donc au même élément chimique.
Exemple
L’hydrogène possède trois isotopes naturels 1H, 2H et 3H. L’isotope 1H est présent avec une abondance de 99,98 %.
Remarque
Les radioisotopes naturels sont présents sur toute la planète, dans l’atmosphère (carbone 14, radon 222), dans la croûte terrestre (uranium 238 et uranium 235, radium 226, etc.) et dans notre alimentation (potassium 40).
Remarque
De nombreux isotopes artificiels sont couramment produits pour être utilisés :
ex. : en médecine, pour les scintigraphies ;
ex. : dans l’industrie, pour les centrales nucléaires ;
ex. : beaucoup d’autres ne sont pas utilisés par l’Homme : ce sont les déchets nucléaires.
BDifférents types de radioactivité
Remarque
Lorsqu’un nucléide est instable, il peut expulser spontanément une particule pour se stabiliser.
Cette désintégration radioactive conduit à la formation d’un noyau d’un autre élément généralement à l’état excité qui émettra alors un rayonnement γ (gamma) lors de sa désexcitation.
Définition
Types de radioactivité
Il existe 3 types de radioactivité (cf schémas) selon la particule émise :
un électron−10e pour une réaction de type β− (bêta moins)
un positron (ou positon) +10e pour une réaction de type β+ (bêta plus)
un noyau d’hélium24He pour une réaction de type α (alpha)
CStabilité des nucléides
Remarque
Dans les zones jaunes, roses et bleues figurent des nucléides instables, séparées par la ligne noire des nucléides stables appelée vallée de la stabilité.
On peut remarquer que la radioactivité α concerne très majoritairement les noyaux lourds (Z>82).
Exemple
Le noyau père (plutonium 238) se désintègre spontanément en émettant un noyau fils (uranium 234), une particule α (hélium 4) et un rayonnement électromagnétique γ.
Remarque
Pour une valeur de Z donnée, les radionucléides possédant davantage de neutrons que les nucléides stables sont des radionucléides β−. Ceux qui en possèdent moins sont des radionucléides β+.
Pour se stabiliser, ces radionucléides tendent à diminuer respectivement leur nombre de neutrons ou leur nombre de protons.
DActivité
Définition
Activité
L’activité d’un échantillon radioactif correspond au nombre de désintégrations par seconde.
Elle s’exprime en becquerel (Bq) : 1Bq=1 désintégration par seconde.
Remarque
On mesure l’activité d’un échantillon radioactif à l’aide d’un compteur Geiger.
Exemple
Exemples d’activité moyenne donnée pour 1kg :
Présence naturelle
Produit lors de désintégrations artificielles
1Bq
10Bq
100Bq
1000Bq
10000Bq
106Bq
109Bq
1012Bq
Eau douce
Eau de mer
Corps humain
Granite
Uranium 238
Plutonium 239
Césium 137
Iode 131
Exemple de l'activité du corps humain :
Un individu de 80kg a une activité de l’ordre de 8000Bq dont environ 5000Bq dus au potassium 40 (dans les os).