• JC Duval

Kezako : La radioactivité

"Tout le monde sait que la radioactivité vient de l'atome

et absolument personne n'ignore que la tomme vient de Savoie." Jean Yanne

 

La cohésion du noyau de l’atome ne tient qu’aux forces nucléaires qui agissent sur les protons et les neutrons comme une sorte de colle forte. C’est une colle assez capricieuse puisque, pour un nombre donné de protons, il faut un certain nombre de neutrons pour qu’elle fonctionne : s’il n’y en a pas assez ou bien s’il y en a trop, la colle ne fonctionne plus et le noyau se désintègre. Le noyau est dit instable ou radioactif. Un noyau instable finit par libérer son trop plein d’énergie en émettant des rayonnements. C’est ce phénomène de désintégration que l’on appelle radioactivité.


Le phénomène de radioactivité est ainsi associé à la transformation d'un noyau qui cherche à devenir plus stable. Parmi les différents modes de radioactivité possibles, le noyau radioactif choisira celui ou ceux qui lui permettront le plus rapidement de gagner en stabilité. La durée de vie du noyau radioactif ne dépend ainsi que de la facilité avec laquelle il peut se transformer en un noyau plus stable.

 

Loi de conservation


Lors d'une réaction nucléaire, il y a conservation du nombre de nucléons A et du nombre de charges Z.

Par contre, il n' y a pas conservation des éléments chimiques.

 

Les différents types de radioactivité

  • La fission nucléaire

Ce type de radioactivité ne concerne qu'un très petit nombre d'atomes dits fissiles, atomes trop riches en nucléons. Ce sont des atomes à noyau lourd. Ces atomes sont instables et si un neutron vient les percuter, ils se scindent en deux. S'ensuit alors un dégagement phénoménal d'énergie sous forme de rayonnement et de chaleur.

Ce mécanisme est utilisé dans les centrales nucléaires avec l'Uranium 235. Même si Tchernobyl est un mauvais exemple, les centrales contiennent les réactions en chaine afin d'éviter tout emballement, à contrario de ce qui se passe dans les bombes A.

  • Radioactivité α

Au-delà de 209 nucléons, l'élément le plus stable devient lui-même instable. Les noyaux deviennent trop lourds. C'est le domaine de la radioactivité alpha.

La radioactivité α est une réaction spontanée au cours de laquelle un noyau père instable se désintègre en un noyau fils plus stable avec émission d'un noyau d'hélium appelé "particule α". Ce type de radioactivité se produit dans la nature et se produit pour les noyaux trop riches en nucléons.

Ex : Désintégration alpha de l'uranium 238 en thorium avec émission d'un noyau d'hélium. 

  • Radioactivité β-

La radioactivité β- est une réaction spontanée au cours de laquelle un noyau père instable se désintègre en un noyau fils plus stable avec émission d'un électron appelé "particule β-".

Ce type de radioactivité se produit dans la nature et se produit pour les noyaux trop riches en neutrons.

Ex : Désintégration du carbone 14 en azote avec émission d'un électron.

  • Radioactivité β+

La radioactivité β+ est une réaction spontanée au cours de laquelle un noyau père instable se désintègre en un noyau fils plus stable avec émission d'un positron appelé "particule β+".

Cette radioactivité est principalement artificielle car elle est produite avec des noyaux obtenus en laboratoire. Dans le milieu naturel, on ne rencontre pas ce type de noyaux car ils se désintègrent très rapidement. Elle est caractéristique des noyaux contenant trop de protons.

Ex : Désintégration du phosphore en silicium avec émission d'un positron.

  • L'émission γ

Il ne s'agit pas d'émission de particules matérielles mais d'un rayonnement électromagnétique de très haute fréquence (f > 1018 Hz) extrêmement pénétrant. C'est le domaine de la radioactivité gamma.

Lors des désintégrations β- et β+, les noyaux fils émis sont très souvent dans un état excité. Ils regagnent leur état fondamental stable en émettant de l'énergie sous forme de rayonnement γ.

La radioactivité γ ne change pas la nature de l'atome qui la subit, puisque les nombres de protons et neutrons ne changent pas dans le noyau.

 

L’interaction nucléaire faible


L’interaction nucléaire faible permet de changer la saveur des quarks. Elle est à l’origine de la radioactivité β.

 

L'interaction faible peut se manifester sous plusieurs formes :


Radioactivité β- :

La transmutation d'un neutron en proton émet un couple de particules, l'électron et l'anti-neutrino.

Cette transformation est à l'origine de la création d'éléments atomiques plus lourds dans les étoiles. Sous l'effet de la pression, les neutrons ne portant pas de charge électrique et n'étant donc pas soumis à la force coulombienne, peuvent facilement se coller à d’autres noyaux et augmenter leur masse. Lorsque l’ensemble ainsi créé devient trop instable, il va se transformer pour donner naissance à un nouvel élément atomique plus lourd. Les étoiles sont le creuset où naissent les atomes de plus en plus lourds.

 

Radioactivité β+ :

La transmutation d'un proton en neutron est également accompagnée de l'émission d'un couple de particules, le positron et le neutrino.


Capture électronique :

Lors de la capture d'un électron par un noyau atomique, la transmutation d'un proton en neutron s'accompagne de l'émission d'un neutrino.

Cette capture a notamment lieu lors de l'effondrement des étoiles massives qui se changent alors en étoiles à neutrons.


 

Vallée de la stabilité


Quand on classe les noyaux connus des atomes en fonction de leur nombre de protons (Z, éléments) et de neutrons (N, isotopes), on obtient un ensemble de données en forme de faisceau. Si on ajoute la valeur de l’énergie de liaison de chaque noyau sous la forme d’un histogramme, on obtient un graphe en trois dimensions qui présente une surprenante vallée au fond de laquelle se trouvent les 250 à 300 atomes stables. Plus on s’éloigne de ces noyaux, plus l’énergie de liaison de nucléons dans le noyau est faible. Les atomes radioactifs subissent une série de transformations qui les ramène toujours vers le fond de la dite vallée. Les physiciens désignent cette figure par le terme imagé de « vallée de la stabilité ».

Dans cette carte des noyaux, on prend pour "altitude", l'énergie de masse moyenne d'un nucléon dans le noyau. Plus cette énergie est faible, plus le noyau est stable. Les noyaux stables se retrouvent sur une ligne placée au fond de la vallée, entourée de noyaux excédentaires en neutrons (en violet), en protons (en bleu) et de noyaux trop lourds (orange). Un excès de protons ou de neutrons se traduit par une transformation des noyaux selon différents modes de désintégration, alpha ou beta.

 

La radioactivité racontée par Etienne Klein

  • La radioactivité - 1

  • La radioactivité - 2

  • La radioactivité - 3

  • La radioactivité - 4

  • La radioactivité - 5

  • La radioactivité - 6

  • La radioactivité - 7

  • La radioactivité - 8

 

La radioactivité β- expliquée par Etienne Klein.

Source : Le Monde



Chaine de désintégration de l'uranium 238.

Histoire des premiers atomes

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