1ère S

Tale S
Chapitre n° 4
LA RADIOACTIVITÉ
I- Détection des noyaux radioactifs
1°)Utilisation d’un compteur de radioactivité : le CRAB
(cf. T.P.)
2°) Définitions
• Un noyau radioactif est
• Une transformation qui met en jeu des noyaux est appelée
• La radioactivité correspond à
3°) Propriétés des désintégrations
Les désintégrations radioactives sont :
•
•
•
•
•
II- Stabilité et instabilité des noyaux
1°) Rappels sur le noyau atomique
• Le noyau est constitué de particules appelées
: les
et les
stabilité est assurée par l’interaction forte qui compense la répulsion électrique entre
• Le nombre de nucléons d’un noyau porte le nom de
, et se note
• Le nombre de protons d’un noyau est le
• Le nombre de neutrons d’un noyau est donc égal à
. Sa
2°) Notion de nucléide
On donne le nom de nucléide à l’ensemble des noyaux caractérisés par des valeurs déterminées du nombre de
masse et du nombre de charge.
Exemple : Le nucléide 2713Al est l’ensemble de tous les noyaux formés de 13 protons et 14 neutrons dans leurs
différents états nucléaires.
3°) Les noyaux isotopes
Les isotopes d’un élément sont les nucléides de même nombre de charge Z. Ils sont caractérisés par le même
nombre de
mais un nombre de
différents.
Ex. : Isotopes de l’hydrogène :
4°) La vallée de stabilité des noyaux
Pour la centaine d’éléments existant, on connaît environ 350 noyaux
naturels, dont une soixantaine sont instables et plus de 1500 noyaux artificiels,
tous instables.
Le diagramme (Z, N) permet de représenter l’ensemble de ces
noyaux et d’expliquer leur comportement lorsqu’ils sont instables :
a) Les noyaux stables
L’ensemble des noyaux stables forme ce que l’on appelle la
vallée de stabilité.
Les noyaux légers (A <
) se répartissent au voisinage de la
première bissectrice.
Les noyaux plus lourds (A ≥
) s’écartent de la première
bissectrice : ces noyaux stables comportent en fait plus de
-1-
b) Les noyaux instables
Les noyaux instables peuvent être classés en trois catégories différentes, selon leur position dans le diagramme
par rapport à la vallée de stabilité :
• En bout de vallée de stabilité, se trouvent les noyaux
:
ils
se
désintègrent et rejoignent le domaine de stabilité en émettant des particules
(
) : ces noyaux sont alors qualifiés de
• Au-dessus de la vallée de stabilité, se trouvent les noyaux instables dits
: ils
se désintègrent et rejoignent le domaine de stabilité en émettant des particules
(
);
• En-dessous de la vallée de stabilité, se trouvent les noyaux instables dits
:
ils se désintègrent et rejoignent le domaine de stabilité en émettant des particules (
);
III- Les rayonnements α, β et γ
1°) Lois de conservation ou lois de Soddy
• Lors des désintégrations α et β, un noyau père (X) se transforme en un noyau fils (Y) avec production d’une
particule chargée :
Rq. : le noyau fils formé est dans un état excité.
• Au cours de ces désintégrations, il y a :
- Conservation du nombre des nucléons :
- Conservation de la charge électrique :
2°) Le rayonnement α
a) Nature
Le rayonnement α concerne les éléments lourds (A >
d’hélium 4 2He, appelées encore
) et est formé de particules positives : des noyaux
b) Équation de la réaction de désintégration de type α
Les lois de conservation sont vérifiées en écrivant :
c) Exemples
• Désintégration du Radium :
• Désintégration du Bismuth :
d) Protection et danger
Les particules α sont arrêtées par
est donc
, mais
par perte d’un ou plusieurs électrons :
ou
. Le rayonnement α
, c’est-à-dire transforme facilement un atome en
3°) Les rayonnements β
a) Nature
On distingue deux types de rayonnement β :
• le rayonnement , constitué d’électrons très rapides représentés par 0-1e (v ≈ 0,9 c) ;
il concerne les éléments possédant
• le rayonnement , constitué de positons (antiélectrons) représentés par 0+1 e ; (il est rarement observé)
b) Équations des réactions de désintégration de type β
Les lois de conservation sont vérifiées en écrivant pour :
• la désintégration de type :
Rq. : l’électron émis ne provient pas du cortège électronique, mais bien du noyau, par transformation d’un
neutron en proton selon l’équation :
• la désintégration de type
:
c) Exemples
• Désintégration de type β- :
• Désintégration de type β+ :
-2-
d) Protection et danger
• Les particules β- sont arrêtées par
. Le rayonnement βest donc
• Les particules β+ ont des durées de vie très courtes dans la matière car lorsqu elles rencontrent un électron,
les deux particules s’annihilent et donnent naissance à un rayonnement γ, selon l’équation :
4°) Le rayonnement (ou désexcitation) γ
a) Nature
Le rayonnement γ n’est pas constitué de particules chargées ; il s’agit
b) Propriétés
• Le rayonnement γ se propage à la vitesse de la lumière : c ≈
• Sa fréquence est voisine de 1020 Hz : il s’agit donc d’un rayonnement
. (fvisible ≈10
• Le rayonnement γ accompagne les désintégrations α, β- et β+ : les noyaux fils formés à l’état excité (
désexcitent en émettant ce type de rayonnement :
• Il est très pénétrant : plusieurs
ou plusieurs
sont nécessaires pour l’arrêter.
Hz)
) se
IV- La radioactivité dans notre environnement
On peut distinguer deux types d’exposition à la radioactivité :
• Une
due aux rayons cosmiques provenant des étoiles ou à des éléments
radioactifs présents dans la croûte terrestre ;
• Une
due à l’inhalation ou à l’ingestion d’éléments radioactifs.
On distingue souvent radioactivité naturelle et radioactivité artificielle. Il s’agit du même phénomène, seule l’origine
des noyaux radioactifs diffère :
• Les sources
sont fabriquées par l’homme dans des réacteurs nucléaires ou des
accélérateurs de particules ;
• Les sources
ne sont généralement pas très actives.
Le tableau ci-dessous donne des exemples de sources de radioactivité naturelle et les types d’exposition à laquelle
l’homme est soumis :
Nature
terre
lait
homme
Nombre moyen
de
désintégrations
par seconde
et
désintégrations
par seconde et
par kg selon les
terrains
désintégrati
ons par seconde
et par litre
désintégrati
ons par seconde
et par kg
Origine
Uranium,
thorium et leurs
descendants,
potassium 40
potassium 40
potassium 40
carbone 14
-3-
champignons
contaminés
air
L’Union
De
à
européenne
désintégration
recommande de
s par seconde et
ne pas dépasser
par kg. La norme
une concentration
européenne est
de
de
désintégrations
désintégrations
par seconde et
par seconde et
par m3 dans les
par kg
habitations
Le radon est un
gaz issu de la
Césium 137 et
désintégration de
134
l’uranium