cours transformation nucléaire -decroissance radioactive

Chapitre N 4 : transformation-nucléaires-décroissance-radioactive terminal S
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Qu'est-ce que la radioactivité ?
Dans la nature, la plupart des noyaux d’atomes sont stables, c’est-à-dire qu’ils restent indéfiniment identiques à
eux-mêmes.
Les autres sont instables car ils possèdent trop de protons ou de neutrons ou trop des deux.
Pour revenir vers un état stable, ils sont obligés de se transformer.
Ils expulsent alors de l’énergie -provenant de la modification du noyau – sous forme de rayonnements :
c’est le phénomène de radioactivité.
I. Stabilité et instabilité des noyaux https://ph-chmzrh.e-monsite.com/
I.1- Composition d’un noyau et notation
a. Composition d’un noyau
Le noyau atomique est composé de particules appelées nucléons( protons et neutrons). Les
protons sont des particules chargées positivement avec la charge élémentaire
Nucléon
Masse (kg)
Charge (C)
proton
1,67310-27
1,610-19
neutron
1,67510-27
0
b. Symbole d’un noyau
Le noyau d’un atome est noté sous la forme :
Remarques:
Rem. 1 : Z est appelé nombre de charge ou numéro atomique pour un atome.
Rem. 1 : A est appelé nombre de masse (la masse (en g) d’une mole de noyau est proche de la
valeur de A).
I.2- Les isotopes
Des noyaux isotopes sont des noyaux possédant même nombre de protons Z (ils
appartiennent donc au même élément chimique)
Mais des nombres de nucléons A différents (ils ne différent que par leur nombre de
neutrons)
Remarque : il existe 90 éléments chimiques naturels et 350 nucléides naturels (on parle de
nucléide pour des noyaux strictement identiques :
même nombre de protons et de neutrons).
Exemples :

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I.3- Les noyaux radioactifs
Les deux nucléides carbone 12 et carbone 14, bien qu’isotopes, ne possèdent pas les mêmes
propriétés.
En effet le carbone 12 est un nucléide stable alors que le carbone 14 est un nucléide instable
(on parle alors de radionucléide) : il peut se désintégrer spontanément pour se transformer
en un autre noyau. Lors de sa désintégration, il émet une particule.
Un noyau radioactif est un isotope instable d’un élément chimique. Il va naturellement se désintégrer
pour chercher à atteindre une composition stable. Lors de la désintégration, le noyau radioactif émet
une particule et de l’énergie.
I.4- Diagramme de Segré -carte (N,Z)
Le diagramme (Z; N) représente l’ensemble des noyaux connus en fonction de leur numéro
atomique Z en abscisse et de leur nombre de neutrons N en ordonnée (ou l’inverse).
Un code couleur permet de différencier les noyaux stables des
noyaux instables. :
Il existe deux types de noyaux:
Noyaux stables :conservent toujours la même structure
Noyaux instables : ou noyaux radioactifs se transforment
spontanément à d’autres noyaux avec émission de
rayonnement.
Sur le document ci-contre, sont reportés les noyaux avec en abscisse
le numéro atomique Z et en ordonné le nombre de neutrons N.
 Les nucléides stables sont en rouge et occupent la partie
centrale appelée vallée de stabilité. Jusqu’à Z = 20,
 les nucléides stables se situent au voisinage de la droite N = Z :
ils possèdent autant de protons que de neutrons.
 Pour Z < 20 les noyaux stables se situent au voisinage de la
droite N=Z . Leurs nombres de neutrons et de protons sont
donc égaux
 Aucun noyau dont Z>82 n’est stable.
Les noyaux radioactifs se désintègrent en se rapprochant de la courbe de stabilité après
l’émission de rayonnements radioactifs énergétiques :
Les noyaux dont le nombre de protons est trop grand sont du type émetteur bêta plus (β+)
Les noyaux dont Z est trop faible sont du type émetteur bêta moins (β–)
Les noyaux lourds avec un excès de protons sont des émetteurs alpha (α)
II. La radioactivité
II.1- Définitions de la radioactivité
Un noyau radioactif est un noyau instable qui se désintègre spontanément en émettant une
particule.
La radioactivité est une désintégration naturelle d’un noyau radioactif à un noyau fils plus
stable avec émission d’une particule.

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II.2- Propriétés de la radioactivité https://ph-chmzrh.e-monsite.com
La désintégration radioactive est un phénomène :
 Aléatoire : la date à laquelle intervient la désintégration d’un noyau est imprévisible ;
 Spontané : elle se déclenche seule, sans intervention extérieure ; indépendant de la
température, de la pression,….
 inéluctable : un noyau radioactif finit forcément par se désintégrer;
II.3- Lois de conservation
Les transformations nucléaires obéissent à des lois de conservation, appelées lois de
conservation de Soddy : Au cours des transformations nucléaires, il y a conservation du
nombre de charge Z et du nombre de nucléons A.
Un noyau père (X) donne naissance à un noyau fils (Y) en émettant une particule P chargée :
Au cours de cette réaction nucléaire, il y a conservation :
 (1) Du nombre de masse : A = A’ + a
 (2) Du nombre de charge : Z = Z’ + z
II.4- Les différents types d’émissions radioactives
 alpha α : la particule est un noyau d’hélium 2
2
4
 bêta moins β– : la particule émise est un électron -1e
 bêta plus β+ : la particule est un positron +1e
Remarque:
Les rayons X se comparent aux rayons gamma et sont essentiellement produits par des
moyens artificiels plutôt que par des substances radioactives.
II. 5. Les équations de la radioactivité
a. .la Radioactivité α :
Un noyau lourd instable éjecte une particule α et donne
un noyau fils plus léger, généralement dans un état
excité.
L’équation de la réaction.

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b. .la Radioactivité β – https://ph-chmzrh.e-monsite.com
Cette radioactivité se manifeste lorsque le noyau présente un excès de neutrons.
- Au cours de la désintégration, il y a émission : D’un électron noté β- .
L’équation de la réaction.
Cela provient de la décomposition d’un neutron en un proton et électron
suivant l’équation :
c. La radioactivité β +
Cette radioactivité se manifeste lorsque le noyau d’un atome possède trop de protons. - Au
cours de la désintégration, il y a émission : d’un positon noté β+ .
L’équation de la réaction.
 é
Cela provient de la décomposition d’un proton en neutron et un positron
suivant l’équation : 
d. La désexcitation γ
Le noyau-fils est le plus souvent dans un état instable, il libère son excédant d’énergie sous
forme de rayonnement  , il se désexcite.
L’équation de la réaction.
Exemple :
Exercice d’application :

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II. 6. Familles radioactives https://ph-chmzrh.e-monsite.com
La radioactivité entraîne la transformation d’un nucléide en un
autre nucléide.
Le noyau fils obtenu par transformation radioactive d'un noyau
père peut être lui-même radioactif, se désintégrer à son tour, et
ainsi de suite.
Il existe ainsi trois familles radioactives dans la nature :
 uranium 238-plomb 206
 uranium 235 - plomb 207
 uranium 232 - plomb 208
Elles aboutissent toutes à des isotopes stables du plomb.
III. Loi de décroissance radioactive
La radioactivité est un phénomène aléatoire spontané, imprévisible dans le temps.
L’évolution dans le temps d’un échantillon radioactif est soumise à une loi statistique
appelée loi de décroissance radioactive (découvert par Rutherford et Soddy en 1902).
III. 1- Loi de décroissance radioactive
Soit N le nombre de noyaux radioactifs initialement présents (à l’instant t=0)
Soit N(t) le nombre de noyaux radioactifs présents à un instant t quelconque restants (non
désintégrés).
le nombre de noyaux diminue au cours du temps donc à l’instant t+dt :
Nt+dt – Nt = dN(t) <0 ) donc (– dN(t)>0) nombre de noyaux radioactifs disparus
(désintégrés) pendant une durée très brève dt
Les expériences ont confirmé que −dN(t)est proportionnelle à N(t) et dt.
C-à-d – dN(t)= λ.N(t).dt en fin dN(t) = −λ × N(t) × dt
La résolution de cette équation donne N(t)= N0e −λ×t
λ est la constante radioactive, qui dépend de la nature du noyau radioactif, représente la
proportion de noyaux qui se désintègre par unité de temps elle s’exprime en s-1 .
N.B : La démonstration de cette expression mathématique n’est pas à connaître pour
l’épreuve de physique au terminal.
Par conséquent, nous exprimons la loi de décroissance radioactive d’un échantillon radioactif
comme suit : A l’instant t on a : N(t)= N0e −λ×t
Avec
N0 le nombre de noyaux initialement présents dans l’échantillon
N(t) le nombre de noyaux radioactifs encore présents à l’instant
λ représente la constante radioactive en s-1 , propre au corps considéré
Autres expressions de la loi de décroissance radioactive :
m(t)= m0e −λ×t
n(t)= n0e −λ×t
Avec
m0 : masse de l’échantillon présent à la date
t=0
m : masse de l’échantillon présents à l’instant t
avec
n0 : Quantité de matière de l’échantillon présent à la date
t=0
n : Quantité de matière de l’échantillon présents à l’instant t