Radioactivité naturelle

Composition : noyau d'hélium (2 protons + 2 neutrons)

Symbole : ⁴He ou α

Charge : +2e (positif)

Masse : 4 u (unités de masse atomique)

Pouvoir de pénétration : très faible (arrêté par une feuille de papier)

Composition : électron (β⁻) ou positron (β⁺)

Symbole : e⁻ ou e⁺

Charge : -e (négatif) ou +e (positif)

Masse : négligeable

Pouvoir de pénétration : modéré (arrêté par une plaque d'aluminium)

Composition : onde électromagnétique

Symbole : γ

Charge : 0 (neutre)

Masse : 0

Pouvoir de pénétration : élevé (nécessite du plomb ou béton pour être arrêté)

La somme des numéros atomiques (Z) est conservée avant et après la réaction.

Exemple : ²³⁸U → ²³⁴Th + ⁴He

Vérification : 92 = 90 + 2 ✓

La somme des nombres de masse (A) est conservée avant et après la réaction.

Exemple : ²³⁸U → ²³⁴Th + ⁴He

Vérification : 238 = 234 + 4 ✓

Soit un noyau X qui se désintègre en Y en émettant un rayonnement α :

On vérifie que Z(X) = Z(Y) + 2 et A(X) = A(Y) + 4

La désintégration alpha se produit généralement chez les noyaux lourds (A > 200) qui sont trop riches en nucléons.

Elle permet au noyau de perdre 4 nucléons (2 protons + 2 neutrons) pour atteindre une configuration plus stable.

Exemple concret : ²³⁸U → ²³⁴Th + ⁴He

Le numéro atomique diminue de 2 unités, le nombre de masse diminue de 4 unités.

Un neutron se transforme en proton : n → p + e⁻ + ν̄ₑ

Le numéro atomique augmente de 1, le nombre de masse reste constant.

Exemple : ¹⁴C → ¹⁴N + e⁻ + ν̄ₑ

Un proton se transforme en neutron : p → n + e⁺ + νₑ

Le numéro atomique diminue de 1, le nombre de masse reste constant.

Exemple : ¹¹C → ¹¹B + e⁺ + νₑ

Le rayonnement gamma est une onde électromagnétique de très haute fréquence et très courte longueur d'onde.

Il est émis lors de la transition d'un noyau excité vers un état plus stable.

Il accompagne souvent les désintégrations alpha ou bêta.

Où X* représente le noyau dans un état excité.

Le noyau émet un photon gamma pour passer à son état fondamental.

La demi-vie (notée t_1/2) est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs d'une quantité initiale donnée se sont désintégrés.

C'est une grandeur caractéristique de chaque radio-isotope.

Le nombre de noyaux N(t) restant à l'instant t est donné par :

Où λ est la constante radioactive et N₀ le nombre initial de noyaux.

La demi-vie est liée à λ par : t_1/2 = ln(2)/λ

Demi-vie : 5 730 ans

Type de désintégration : β⁻

Utilisation : datation archéologique

Demi-vie : 4,5 milliards d'années

Type de désintégration : α

Utilisation : datation géologique

Demi-vie : 8 jours

Type de désintégration : β⁻

Utilisation : médecine nucléaire

Demi-vie : 3,8 jours

Type de désintégration : α

Origine : dérivé de l'uranium dans les roches

Une série radioactive est une suite de désintégrations successives menant d'un noyau radioactif initial à un noyau stable.

Chaque étape produit un noyau fils qui est lui-même radioactif.

Le processus continue jusqu'à l'obtention d'un noyau stable.

Commence avec l'uranium 238 et se termine par le plomb 206 stable.

Inclut 8 désintégrations alpha et 6 désintégrations bêta.

Commence avec le thorium 232 et se termine par le plomb 208 stable.

Tomographie par émission de positons (TEP) avec le fluor 18

Scintigraphie avec des traceurs radioactifs

Radiothérapie pour traiter certains cancers

Utilisation d'iode 131 pour le traitement de la thyroïde

Datation au carbone 14 pour les objets organiques (jusqu'à 50 000 ans)

Datation uranium-plomb pour les roches anciennes

Les rayonnements ionisants peuvent endommager l'ADN des cellules vivantes

Effets aigus : brûlures, maladies de rayonnement

Effets à long terme : cancers, mutations génétiques

• Temps : limiter l'exposition
• Distance : s'éloigner de la source
• Blindage : utiliser des matériaux absorbants
• Hygiène : éviter l'ingestion de matières radioactives

Le polonium 210 émet une particule alpha (noyau d'hélium) :

Le polonium a Z = 84, donc le noyau fils a Z = 84 - 2 = 82

Le numéro atomique 82 correspond à l'élément plomb (Pb)

Le nombre de masse est A = 210 - 4 = 206

Donc le noyau fils est ²⁰⁶Pb

Avant la réaction : Z = 84 (polonium)

Après la réaction : Z = 82 (plomb) + 2 (hélium) = 84

Conservation du nombre de masse : A = 210 (polonium)

Après la réaction : A = 206 (plomb) + 4 (hélium) = 210

Les deux lois sont respectées ✓

Le carbone 14 émet un électron (particule bêta) :

Le carbone a Z = 6, donc le noyau fils a Z = 6 + 1 = 7

Le numéro atomique 7 correspond à l'élément azote (N)

Le nombre de masse reste A = 14

Donc le noyau fils est ¹⁴N

Le carbone 14 est présent dans tous les organismes vivants à une concentration constante.

À la mort de l'organisme, la désintégration commence et la proportion de ¹⁴C diminue.

Sachant que la demi-vie du carbone 14 est de 5 730 ans, on peut déterminer depuis combien de temps l'organisme est mort.

• Désintégration spontanée de noyaux instables
• Phénomène aléatoire et irréversible
• Indépendant des conditions extérieures

• Alpha (α) : noyau d'hélium, faible pénétration
• Bêta (β) : électron ou positron, pénétration modérée
• Gamma (γ) : onde électromagnétique, haute pénétration

• Conservation du nombre de charge (Z)
• Conservation du nombre de masse (A)
• Essentielles pour équilibrer les équations