Activité 1

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Transformations nucléaires
TS
Décroissance radioactive
1 Stabilité et instabilité des noyaux
Activité 1
 L’écriture du noyau d’un atome ZA X permet de connaître immédiatement :
Le symbole du noyau soit X, . le nombre de nucléons soit A, Le nombre de neutrons soit
A-Z, le nombre de protons soit Z.
La charge électrique du proton est
 La charge électrique du proton est positive et a pour valeur +1,6x10-19 C
 La charge électrique du neutron est nulle
 Les neutrons et les protons sont agglutinés les uns aux autres dans le noyau selon le
modèle des physiciens. Ces derniers interprètent la stabilité de la plupart des noyaux
par l’existence entre ces particules de l’interaction forte.
 Des noyaux sont isotopes s’ils ont même symbole, même numéro atomique Z, mais
des nombres de masses A différents ou même symbole, même numéro atomique Z,
mais des nombres de neutrons différents.
Activité 2 : de l’atome à la radioactivité.
Accéder au site http://www.cea.fr/fr/pedagogie/science.htm#
Après avoir visionné l’animation flash « de l’atome à la radioactivité » proposée, rédiger
en quelques phrases ce qu’est la radioactivité.
La matière est constituée d’atomes, eux-mêmes constitués d’électrons en mouvement autour
d’un noyau. Celui-ci contient des protons, des neutrons et sa cohésion est assurée par
l’interaction forte.
La plupart des atomes sont stables c’est à dire qu’il restent identiques à eux-mêmes.
Il existe néanmoins des atomes instables qui se désintègre en donnant un autre
atome (plus petit ) et une particule (,  - ,  + ) le tout accompagné d’un rayonnement ()
Activité 3 : Que deviennent alors les noyaux instables ?
Les noyaux instables se transforment en noyaux plus stables après expulsion soit
o d’un noyau d’hélium, c’est la radioactivité 
o d’un électron , c’est la radioactivité  o d’un positon, c’est la radioactivité  +
Ces trois types d’émission s’accompagnent généralement de l’émission d’un rayonnement
électromagnétique de très courte longueur d’onde , le rayonnement .
Au cours d’une réaction nucléaire, il y a conservation de la charge électrique et
conservation du nombre de nucléons.
-1-
Transformations nucléaires
TS
Une réaction nucléaire peut-être modèlisée par une équation qui obéit aux lois de
conservation ( nombre de charge et nombre de nucléons).
On considère un noyau instable « noyau père »
se désintègre en son descendant « noyau fils »
o Radioactivité α.
A
Z
A
ZX
qui
A' Y .
Z'
1
0n
1p
1
0e
1
0e
1
X Y He Soit A’=A-4 et Z’=Z-2
A'
Z'
4
2
A
Z
D’où
o
Radioactivité  -
o
Radioactivité  +
En physique nucléaire , on
note :
XZA42Y24He
un neutron
un proton
un électron
un positon
4 He une particule 
2
(le positon est l’antiparticule de
l’électron, de même masse et de
charge élémentaire positive.)
XZ A1YO1e
O
A
A
Z XZ 1Y 1e
A
Z
Activité 4 : La vallée de stabilité
Ouvrir le logiciel « Nucléus ». vous disposez alors du diagramme ( N, Z ) où l’ensemble
des noyaux connus est référencé. Le numéro atomique Z de chacun est porté en
ordonnée et le nombre de neutrons en abscisse. Chaque noyau est repéré par un
rectangle de couleur. Les noyaux stables sont en noir et définissent ce que l’on appelle
« la vallée de stabilité ».
Pour Z < 20, les noyaux stables ont des nombre de protons et de neutrons voisins
Z). Pour Z > 20, le nombre de neutrons est supérieur au nombre de protons.
Les noyaux stables se situent au dessous de la droite N = Z.
o
Le noyau
Ba
est stable car sa case est noire.
Ba
est radioactif  - car sa case bleu
Ba
est radioactif + car sa case orange
144
56
131
56
137
56
(N 
o
Les gros noyaux (Z > 68 ) situés au-dessus de la vallée de stabilité ( plus de
protons) sont émetteurs de radioactivité  ; il y a cependant des petits noyaux
aussi ( ex 48 Be ou entre les deux isotopes de Te 106
52 Te ……)
o
Les émetteurs de radioactivité - sont tous les atomes situés sous la vallée de
stabilité (en bleu ).
Les émetteurs de radioactivité + sont tous les atomes situés au-dessus de la
vallée de stabilité ( en orange ).
o
On considère un noyau de terbium
161
65
Tb
situé sous la vallée de stabilité donc
instable et radioactif -.
Equation de désintégration : 65T66Dy1e
Le noyau fils Dy (dysprosium) est stable car dans la vallée de stabilité.
161
161
-2-
O
Transformations nucléaires
o
Le noyau
162
67
Ho
TS
est situé au-dessus de la vallée de stabilité et sa case est
orange, il est donc radioactif +
162
O
Equation de désintégration : 162
67 Ho 66 Dy 1e
Le noyau fils Dy (dysprosium) est stable car dans la vallée de stabilité.
Le noyau
174
72
Hf
est au-dessus de la vallée de stabilité mais sa case est jaune il
est donc radioactif α .
170
4
Equation de désintégration : 174
72 Hf 70Yb2He
Le noyau fils Ytterbium est stable car dans la vallée de stabilité.
o
Lors d’une désintégration un atome cherche à « tomber » dans Suivant leurs
types de radioactivités deux atomes différents peuvent donner un même atome
Activité 5 : La famille radioactive de l’uranium 238
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.
-3-
Transformations nucléaires
TS
L’uranium 238 et ses descendants (famille radioactive naturelle de
l’uranium 238) :
Matériaux de croûte
238 U
92
234
92

234
90
234
91
U
 
Pa

Th
230
90
Th
 

Ra
226
88
222
86
Gaz Radon

Rn

218
84
214
84
Po
 
214
83

214
82
Pb
210
84
Po

Bi
 
210
83
 
210
82
Pb

Bi
 
206
82
-4-
Po
Pb
Transformations nucléaires
TS
2 De quelle manière le nombre de noyaux d’une source
radioactive diminue-t-il ?
Activité 6 : Comment estimer l’âge de vestiges anciens ?
1. Il provient d’une désintégration de l’azote
rayons cosmiques.
2. 6 protons et 8 neutrons.
14 N
7
suite au bombardement par les
O
14
3. Radioactivité -. 14
6C 7 N1e .
4.
On a m ( 146C ) = p ( 146C ) . m (C) D’où No ( 146C ) 
A.N :
N0 ( 146C ) 
Na.p(146C).m(C)
M(C)
6,02x1023x1,2x1014 x1
=6,02x108
12
………………………………………………………….BILAN………………………………………………………………………..
5.
Evolution de la population d'atome de carbone
14
N = 6,08+08e-0,6931t
8,00E+08
N
6,00E+08
4,00E+08
Exponentiel
(N)
2,00E+08
10
T
8T
6T
4T
0,00E+00
2T
N
6,08E+08
3,04E+08
1,52E+08
7,60E+07
3,80E+07
1,90E+07
9,50E+06
4,75E+06
2,38E+06
1,19E+06
5,94E+05
0
Temps
0
T
2T
3T
4T
5T
6T
7T
8T
9T
10T
6. La fonction exponentielle semble être la plus adaptée.
N= N0 . exp ( -t/N0 . exp ( - .t 
Avec N0 le nombre d ‘atomes initials, constante de temps du noyau en année et 
constante de désintégration Ln2/T en année-1 .
7. Évaluer l’âge d’un charbon de bois pour lequel N/N0 = 0,13.
exp ( - .t exp ( - Ln2.t/T ) = 0,13 soit t= - T. ln 0.13
ln 2
t = - 11 140 x
ln 0.13
ln 2
t= 32 790 ans
-5-
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