Activité 1

Transformations nucléaires TS
- 1 -
Décroissance radioactive
1 Stabilité et instabilité des noyaux
Activité 1
 L’écriture du noyau d’un atome
X
A
Z
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.

Transformations nucléaires TS
- 2 -
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 »
X
A
Z
qui
se désintègre en son descendant « noyau fils »
Y
'A'Z
.
o Radioactivité α.
HeYX A
Z
A
Z4
2
''
Soit A’=A-4 et Z’=Z-2
D’où
HeYX A
Z
A
Z4
2
4
2 
o Radioactivité -
eYX O
A
Z
A
Z11  
o Radioactivité +
eYX O
A
Z
A
Z11  
En physique nucléaire , on
note :
n
1
0
un neutron
p
1
1
un proton
e
0
1
un électron
e
0
1
un positon
He
4
2
une particule
(le positon est l’antiparticule de
l’électron, de même masse et de
charge élémentaire positive.)
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 (N 
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
137
56
est stable car sa case est noire.
Ba
144
56
est radioactif - car sa case bleu
Ba
131
56
est radioactif + car sa case orange
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
Be
8
4
ou entre les deux isotopes de Te
Te
106
52
……)
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
Tb
161
65
situé sous la vallée de stabilité donc
instable et radioactif -.
Equation de désintégration :
eDyTO
1
161
66
161
65 
Le noyau fils Dy (dysprosium) est stable car dans la vallée de stabilité.

Transformations nucléaires TS
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o Le noyau
Ho
162
67
est situé au-dessus de la vallée de stabilité et sa case est
orange, il est donc radioactif +
Equation de désintégration :
eDyHo O
1
162
66
162
67 
Le noyau fils Dy (dysprosium) est stable car dans la vallée de stabilité.
Le noyau
Hf
174
72
est au-dessus de la vallée de stabilité mais sa case est jaune il
est donc radioactif α .
Equation de désintégration :
HeYbHf 4
2
170
70
174
72 
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.

Transformations nucléaires TS
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L’uranium 238 et ses descendants (famille radioactive naturelle de
l’uranium 238) :
Pa
234
91
Th
230
90
Ra
226
88
Bi
210
83
Pb
206
82
U
238
92
Th
234
90
U
234
92
Rn
222
86
Pb
214
82
Po
218
84
Bi
214
83
Po
214
84
Pb
210
82
Po
210
84
Matériaux de croûte
Gaz Radon

Transformations nucléaires TS
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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
N
14
7
suite au bombardement par les
rayons cosmiques.
2. 6 protons et 8 neutrons.
3. Radioactivité -.
eNC O
1
14
7
14
6
.
4. On a m (
C
14
6
) = p (
C
14
6
) . m (C) D’où No (
C
14
6
)
)( )().(. 14
6CM CmCpNa
A.N : N0 (
C
14
6
)
12 1102,11002,6 14
23 xxxx 
=6,02x108
………………………………………………………….BILAN………………………………………………………………………..
5.
Temps
N
0
6,08E+08
T
3,04E+08
2T
1,52E+08
3T
7,60E+07
4T
3,80E+07
5T
1,90E+07
6T
9,50E+06
7T
4,75E+06
8T
2,38E+06
9T
1,19E+06
10T
5,94E+05
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.
2ln 13.0ln
t = - 11 140 x
2ln 13.0ln
t= 32 790 ans
Evolution de la population d'atome de carbone
14
N = 6,08+08e-0,6931t
0,00E+00
2,00E+08
4,00E+08
6,00E+08
8,00E+08
0
2T
4T
6T
8T
10T
N
Exponentiel
(N)