SEMAINE 1 Les origines de la radioactivite - Fun-Mooc

MOOC «  »
1
Enseignant : Ferid Haddad
Bonjour à tous, bienvenu à ce 2ème 
On peut imaginer que depuis la nuit des temps les hommes se sont posé des questions sur le
monde qui les entoure et la manière dont il était constitué.
Les grecs anciens avaient ainsi imaginé que la matière qui nous entoure était composée
ibles les atomes.
 ne peut être coupé » et correspond de ce
fait à la plus petite partie possible de la matière.
Cette conception très moderne 
partir du 19ieme siècle avec les débuts de la chimie moderne puis de la physique moderne
On sait maintenant que la matière se compose rdre de 10-10m.
Chaque atome est électriquement neutre bien que composé de charges positive et négative.
 est chargé positivement.
-14m. Cela indique donc que la matière
est majoritairemen
Le noyau est composé de deux types de particules, les protons et les neutrons. Ces deux
particules ont la même masse. Cette masse étant très grande devant celle des électrons, le
nombre total de neutrons et de protons permet de c
appelé nombre de masse, A.
Seule la charge électrique différencie les protons et les neutrons. Ainsi, le proton a une charge
électrique positive et égale à 1,6 10-19 
propriétés chimiques des atomes sont gouvernées par les électrons, on utilisera le nombre
élément chimique.
différents et les travaux se poursuivent pour fabriquer des éléments de plus en plus lourds.
-à-dire le même nombre de protons,
auront les mêmes propriétés chimiques.

MOOC «  »
2
-ci conservera les
La physique nucléaire est la discipline qui consiste à modifier la structure des noyaux.
Les nucléons ne sont pas les constituants élémentaires de la matière. Les expériences
réalisées en physique des particules ont permis de montrer que ceux-ci étaient constitués
de quarks. Il existe 6 sortes de quarks. Avec les leptons, auxquels appartiennent les
es études
en physique des particules.
La radioactivité est un mécanisme naturel qui est lié à la composition du noyau. Son étude
est donc réalisée dans le cadre de la physique nucléaire et de la chimie nucléaire.
Quand on groupe des nucléons on peut réaliser des ensembles qui sont pérennes dans le
 noyaux stables.
Un noyau radioactif va se transformer au cours du temps de manière à arriver sur une
configuration stable en émettant des radiations.
qui sont entourés en rouge sur
cette diapositive.
On les appelle aussi isotopes radioactifs, radionucléides et par abus de langage
radioéléments.
noyau instable à un autre noyau qui peut être stable ou un peu moins instable.
Pour cela on définit plusieurs grandeurs:
-à-dire le nombre de noyaux qui
cquerel, en hommage à Henry
Becquerel qui a découvert le phénomène de radioactivité à la fin du 19ème siècle. Cette
radiations émises concomitamment au phénomène de désintégration radioactive.
en évidence un comportement exponentiel décroissant qui indique que la population des
noyaux radioactifs diminue avec le temps, comme on peut le voir en rouge sur la courbe.
-à-
Plus la période est petite et plus la radioactivité va disparaitre rapidement et inversement.
Pour être utilisé en médecine nucléaire, un noyau radioactif doit avoir une période
dans de bonnes conditions, ni trop longue pour limiter la dose reçue aux patients.
La radioactivité est un phénomène naturel et on trouve de nombreux isotopes radioactifs
dans la nature. On peut distinguer 2 sources de production.

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3
initiale.
On trouve ainsi le Potassium-40 qui représente 0,0112% du potassium naturel. Il est présent
dans les os et dans de nombreux produits alimentaires ou industriels.
Certains de ces noyaux, co   -238, produisent lors de la
décroissance radioactive des noyaux qui sont eux-
ce que ces décroissances successives forment un noyau stable. On a alors une chaine de
décroissance radioactive.
-238. Dans
cette chaine, on a une dizaine de noyaux radioactifs qui sont créés. Même si la période
veaux noyaux. Un
équilibre est alors atteint qui fait que tous ces éléments sont présents et le seront tant que de
-238 sera présent. Il est important de noter que ces différents éléments ont des
propriétés chimiques différentes. Ainsi le Radon-222 est sous forme gazeuse et peut
représenter un problème car il sera beaucoup plus mobile que ses pères et pourra
publique.
Il existe plusieurs chaines radioactive
Il existe 4 familles radioactives. Deux sont associées aux isotopes Uranium-238 et Uranium-
235, une est associée au Thorium-232 et la dernière est associée au Neptunium-237.
Cette dernière famille radioactive avait disparu, compte tenu de la période radioactive du
Neptunium-237, mais a été réactivé de manière artificielle suite aux différents essais
nucléaires et aux travaux sur les réacteurs nucléaires.
Certains des éléments de filiations de ces familles radioactives peuvent être utilisés pour des
applications en médecine nucléaire comme par exemple le radium-223.
permanent que subit la terre par le rayonnement cosmique. Ce rayonnement est composé de
particules de toutes natures et énergies dont certaines ont des énergies suffisantes pour
ticule cosmique
principalement composée de noyau
.
Ces interactions vont produire de nombreux isotopes radioactifs mais seuls ceux ayant des
périodes radioactives suffisamment longues sont potentiellement utilisables.
On appelle les noyaux produits selon ce mécanisme, les isotopes radioactifs cosmogéniques.
Dans ce tableau, on a représenté les plus importants. Parmi eux le Carbone-14, isotope que
     , et le tritium qui se retrouve en quantité très
importante dans la nature.
Un exemple de voie de production est donné pour chacun des 2 noyaux par interaction des
      . Ces réactions ne sont pas les
seules possibles.

MOOC «  »
4
Ces éléments, compte tenu de leurs périodes radioactives et des propriétés chimiques, vont
naturelle que nous subissons en permanence.
lisation des éléments produits selon ce mécanisme en médecine nucléaire
pour le moment.
Compte tenu de la présence importante de radioactivité naturelle, il est intéressant de faire
une évaluation de ce phénomène dans notre environnement.
En déterminant la quantité de potassium présent dans le corps humain pour un adulte male
-à-
chacun de nous chaque seconde. De la même manière, le Carbone-14 produit dans
alimentaire. Ce Carbone-14 apporte 3700 Bq .
Nous sommes donc tous radioactifs.
De la même manière, notre environnement est radioactif et on retrouve, comme on peut le
voir, 
Il est aussi possible de produire de manière artificielle des isotopes radioactifs. Pour cela il
faut bombarder des atomes stables avec des projectiles suffisamment énergétiques pour
induire une réaction nucléaire.
19 et un numéro atomique de 9).
Pour cela on utilise une    -     
, soit 11,2510-13 J
ce qui correspond à une vitesse de 58800 km/s soit à peu près 20% de la vitesse de la lumière
dans le vide.
Dans ce type de réaction nucléaire, on conserve le nombre total de nucléons ainsi que la
certaine probabilité pour que la réaction souhaitée se fasse réactions peuvent aussi
avoir lieu qui sont parasites et peuvent être contraignantes. Par exemple on peut avoir la
réaction produisant le Fluor-17 comme présenté sur la figure.
         utilisant des réacteurs
nucléaires de recherche dont les caractéristiques sont très différentes des réacteurs de
, les projectiles sont des neutrons.
On peut aussi utiliser des accélérateurs. Dans ce cas, les projectiles sont des particules
chargées, comme par exemple les protons.
On peut aussi utiliser le principe de la filiation si on a réussi à isoler des isotopes père ayant
 qui peut être mis en place
dans quelques cas.
Dans la semaine 2 une présentation plus importante de la production en accélérateur sera
faite.