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Radioactivité et réactions nucléaires

La radioactivité est un phénomène qui consiste en l’émission d’un ou de plusieurs rayonnements électromagnétiques. Pour mettre en évidence le rayonnement radioactif un mélange de substance radioactive est placé dans une cavité étroite d’un bloc de plomb. Les rayonnements émis par cette substance sont soumis à un champ électrostatique accélérateur

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Les particules contenues dans le rayonnement α ont été identifiées comme étant les noyaux d’atome d’hélium. Les particules alpha sont très ionisantes, provoquent les ionisations mais très peut pénétrantes.
Le rayonnement ß émet des électrons à très grande vitesse (200.000Km/s) ce rayonnement est plus pénétrant que les rayonnements alpha.
Les rayonnement γ entrent dans la catégorie des ondes électromagnétiques de courtes longueur d’onde c’est un rayonnement très pénétrant, il traverse 20Cm de plomb, il s’accompagne de ß+ et ß et alpha.
Les particules issues du rayonnement ß+ sont appelées positons ou électrons positifs. Ces particules sont généralement émises lors des désintégrations radioactives artificielles.


Equation des réactions

Dans toutes les interactions radioactives les 4 lois de la conservation doivent être vérifiées:

  • Conservation de la quantité de matière
  • Conservation de l’énergie totale
  • Conservation du nombre total de nucléon
  • Conservation du nombre de charge

Rappels

  • On appelle nucléide l’ensemble des atomes donc les noyaux ont le même nombre de nucléon et on le note ABX
    • X: symbole du nucléide
    • Z: le nombre de charge de proton
    • A: le nombre de masse
  • On appelle isotope d’un élément tous les nucléides ayant le même nombre de charge mais différent par leur nombre de masse.
    Exemple: 21H; 21H; 31H
  • Dans la pratique la masse d’un noyau est toujours inférieure à la somme de masse de ses nucléons. La différence est appelée défaut de masse. A ce défaut de masse correspond une énergie appelée énergie de cohésion:
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  • L’unité de masse atomique µ ou µma, c’est le 12e de la masse d’un atome de carbone 12.
    1µ = 931,5Mev/C2
    1µ = 1,66×10-27Kg

Radioactivité α

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Au cours de la désintégration le noyau père perd 2 protons et 2 neutrons, soient 4nucléons.

Radioactivité ß

Considérons que les réactions ne concernent que les noyaux et que la radioactivité ß consiste en l’émission des électrons, on admet qu’un se transforme dans le noyau en un proton et un électron, ainsi on a:

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Radioactivité ß+

Les positions ne se trouvent pas dans les noyaux, on admet donc qu’un proton dans les noyaux se transforme en un neutron et un positon

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Les radioactivités ß ß+, α s’accompagnent généralement du rayonnement γ, suite au passage de l’état excité à l’état fondamental des noyaux fils.


La loi de la décroissance radioactive

On montre que cours d’une désintégration radioactive, le nombre de noyau présent (non encore désintégré) à l’instant est donné par la relation:

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On appelle période radioactive ou demie vie d’un radio élément, la durée T au terme de laquelle la moitié des noyaux présents au départ sont désintégrés:

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La radioactivité est utilisée en médecine, en chimie, en biologie avec les traceurs radioactifs. La radioactivité est également utilisée en radiothérapie dans la datation du carbone 14.


Les réactions nucléaires

Les réactions nucléaires obtenues à partir d’un bombardement de noyau appelé noyaux cible par des particules.

Les fissions nucléaires

Une fission est la rupture d’un noyau bombardé à l’aide d’un neutron de faible énergie cinétique. Les fissions nucléaires se rencontrent chez les nucléides lourds (appelés noyau fissile)

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Les noyaux fils obtenus sont généralement radioactifs ß et les neutrons formés peuvent à leur tour provoquer la fusion d’autres noyaux, on obtient alors une réaction en chaîne. Les réactions de fission libèrent de très grandes quantités d’énergie. Ainsi si elles ne sont pas contrôlées on assiste à une explosion brutale dû à une énergie énorme libérée en quelque microsecondes. C’est le principe de la bombe A (atomique)

Les fusions nucléaires

Lorsque deux nucléides légers fusionnent pour donner un nucléide plus lourd on dit qu’on a obtenu une fusion nucléaire. Par exemple:

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La réaction de fusion est beaucoup plus difficile à réaliser, il faut apporter aux deux noyaux une grande énergie.

1 décembre 2021
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