Chapitre 5 LE NOYAU ET LA RADIOACTIVITE
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Chapitre 4 LE NOYAU ATOMIQUE ET LA RADIOACTIVITE I - INTRODUCTION HISTORIQUE - Un jour de 1896, Henri Becquerel range dans son armoire un sachet de sels d'uranium à coté d'une plaque photographique vierge. Quelques jours plus tard, il retire la plaque et il la développe. Il constate que la plaque photo est impressionnée sans avoir été exposée à la lumière. Après avoir renouvelé cette expérience, il en conclut que l'Uranium émet un rayonnement spontané qu'il nomme "rayons uraniques". - En 1898, Marie Curie découvre que la pechblende, un minerai d'uranium, émet davantage de rayonnements que l'uranium lui-même. Elle en déduit que ce minerai contient, en très petite quantité, un ou plusieurs éléments beaucoup plus actifs que l'uranium. A l'aide de son mari Pierre Curie, et après deux ans d'effort, elle parvient à isoler deux nouveaux éléments : Le Polonium (baptisé ainsi en hommage à la patrie de Marie) et le Radium. A cette occasion, Marie Curie inventa le mot "radioactivité". - En 1897, Thompson découvre le premier composant de l'atome : l'électron, particule de charge électrique négative. En 1904, il propose un premier modèle d'atome, surnommé depuis "le pudding de Thompson". Il imagine l'atome comme une sphère remplie d'une substance électriquement positive et fourrée d'électrons négatifs. - En 1912, Rutherford découvre le noyau atomique. Son nouveau modèle d'atome montre que sa charge électrique positive, ainsi que l'essentiel de sa masse, est concentrée en un noyau quasi-ponctuel. Les électrons de l'atome se déplacent autour de ce noyau. La force électrique attractive du noyau sur les électrons joue le rôle de la force de gravitation pour les planètes ; d'où le nom de modèle d'atome planétaire. A noter que contrairement à l'atome des Grecs, celui de Rutherford n'est ni indivisible, ni plein puisqu'il contient essentiellement du vide. L’expérience célèbre qui lui permit de déterminer la taille du noyau utilisait des particules alpha positives dont il bombardait une mince feuille d’or. Les particules étaient, pour la plupart, non déviées par les noyaux d’or. La distance noyau-électrons est 105 fois plus grande que le diamètre du noyau. (Diamètre de l’atome = 10-10 mètre ; diamètre du noyau = 10-15 mètre = 1 Fermi). 1 /5 Particule alpha noyau d’or II - LE NOYAU ATOMIQUE 11 protons positifs Z = 11 12 neutrons neutres N = 12 Soit 23 nucléons : A = Z + N = 23 Noyau de Sodium A Nombre de nucléons (ou de masse) X Notation du noyau Z symbole Numéro atomique III - L’ISOTOPIE 1 Noyau d’hydrogène H 1 12 Noyau de carbone 12 C 6 235 Noyau d’uranium 235 U 92 2 Noyau d’hydrogène H 1 3 Noyau d’hydrogène H 1 14 Noyau de carbone 14 C 6 238 Noyau d’uranium 238 U 92 Des noyaux isotopes ont le même numéro atomique Z mais des nombres de neutrons différents. Ils ont donc des nombres de masse, A, différents. Quelle est la composition des noyaux isotopes 235U et 238U sachant que l’uranium a le numéro atomique Z = 92 ? 92p,92e-,143n 92p,92 e-, 146n 2 /5 IV – STABILITE DU NOYAU Tous les noyaux ne sont pas stables. Certains se désintègrent, au bout d’un temps plus ou moins long, par radioactivité, en émettant des rayonnements de plusieurs sortes, plus ou moins dangereux. On constate que les noyaux stables peuvent être groupés autour d’une ligne dans le diagramme N = f (Z). Nombre de neutrons N=A-Z Nombre de protons Numéro atomique Z V – LA RADIOACTIVITE La radioactivité affecte les noyaux placés hors de cette ligne, appelée vallée de la stabilité. On peut distinguer ceux qui sont au dessus de la vallée de stabilité, comportant donc un nombre trop grand de neutrons, ceux qui se trouvent au dessous de la vallée de stabilité, comportant donc un nombre trop grand de protons, et ceux qui sont trop gros, comportant à la fois trop de protons et trop de neutrons. Ces trois situations vont donner lieu à trois types de radioactivité différentes, la radioactivité , la radioactivité + et la radioactivité -. Chaque type de radioactivité conserve le nombre de nucléons et le nombre de charges. A X Z 3 /5 A1 = X1 Z1 A2 + X2 Z2 avec A = A1 +A2 et Z = Z1 + Z2 La radioactivité nucléaire 84Po 86Rn Noyau d’hélium 222 Rn 86 218 Po 84 La radioactivité nucléaire 4 He 2 + 27Co 28Ni Electron 60 Co 27 60 Ni 28 La radioactivité nucléaire 0 + e -1 14Si 15P Positon ou antiélectron 30 P 15 30 Si 14 0 + e +1 La radioactivité n’est pas une désintégration du noyau avec changement de son identité mais une simple désexcitation, suivant parfois les désintégrations , + ou -. 4 /5 Certains noyaux, beaucoup trop instables, nécessitent de nombreuses désintégrations avant de parvenir à un noyau stable. Ils engendrent une famille radioactive dont le schéma ci-dessous est un exemple célèbre. FAMILLE RADIOACTIVE DE L’URANIUM 238 Désintégration Désintégration - 4,47.10 238 Matériaux de la croûte terrestre 9 ans 234 U 4,2 Mev 234 234 Pa 1,17 min - 2,46.10 5 ans 4,8 Mev - 230 Th U Th 7,54.10 4 ans 4,7 Mev 24,1 jours 226 Ra 1600 ans 4,8 Mev Rn 5,5 Mev Gaz Radon 3,82 jours 222 3,05 min 218 214 Po Po 6 Mev 214 210 7,69 Mev Pb - 19,9 min 26,8 min Descendants solides pouvant se déposer dans les poumons 5 /5 Bi 210 Pb - Bi 214 Po - 138 jours 210 -4 1,65.10 s - 5,01 jours 5,3 Mev 206 Pb stable 22,2 ans Fin de la série : plomb stable
