Décroissance
radioactive
Partie :
Transformations Nucléaires
COURS
Pr: Chakir abdejalil
www.rihabpc.com
chakir203@gmail.com
2eme BAC : SM – SP – SVT
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Décroissance radioactive
1- Généralités sur le noyau
1-1- Le noyau et le nucléide
En physique nucléaire on appelle le noyau :
nucléide
de symbole :
symbole de l'élément chimique correspondant
nombre de protons
nombre de nucléons (les protons et les neutrons )
1-2- L’isotope
Sont des noyaux ayant le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent
Exemples :
1-3- La force nucléaire
Fait référence à deux forces physiques fondamentales dans les noyaux atomiques
1-4- Stabilité du noyau
On connaît aujourd’hui plus de 1500 noyaux différents correspondant à seulement 112 éléments chimiques.
Mais seulement 260 d’entre eux sont stables !
Les autres se désintègrent
spontanément
et évoluent ainsi vers une forme plus stable :
on dit alors qu’ils sont
radioactifs.
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Décroissance radioactive
2- La radioactivité
2-1- Définition
La radioactivité est un phénomène physique naturel ,
au cours duquel des noyaux atomiques instables
se désintègrent en dégageant de l'énergie sous forme de rayonnements :
appelé rayonnement radioactif.
La radioactivité n’a pas été inventée par l’homme .c’est un phénomène naturel qui a été découvert à la fin du 19 siècle
2-2- Loi de conservation (loi de Soddy)
Une réaction nucléaire spontanée est symbolisée par une équation qui obéit à 2 lois
2-3- Les principaux types de rayonnement radioactif
2-3-1- activité
Becquerel (1850 - 1908) : découvre en 1896 que certains sels d'uranium
Émettent des "rayonnements" pouvant traverser la matière et pouvant impressionner des plaques photos placées dans l'obscurité.
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a - Définition
Comment s’en protéger ?
Lourds et chargés électriquement, les noyaux d’hélium sont arrêtés facilement et rapidement par les champs électromagnétiques et les atomes composant la matière. Ils sont donc arrêtés par une feuille de papier.
b - Bilan de la désintégration :
c - Exemple :
a- - Définition
Comment s’en protéger ?
Pour se protéger du rayonnement béta, une simple feuille d’aluminium de quelques millimètres suffit. On peut également utiliser une feuille de verre ou un écran d'un centimètre de plexiglas, qui permet d’arrêter une majorité des particules bêta.
b- Bilan de la désintégration :
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Décroissance radioactive
c - Exemple :
d - Remarque :
Il n’y a pas des électrons dans le noyau !
selon la réaction de transformation :
a - Définition
c - Exemple :
d - Remarque :
Il n’y a pas des positons dans le noyau !
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a - Définition
Le rayonnement gamma est composé de photons de haute énergie. Ce rayonnement va pénétrer davantage dans l’organisme que les rayonnements alpha et bêta, mais il modifie moins les particules qu’il rencontre.
Comment s’en protéger ?
Le blindage doit être très épais. Par exemple, pour réduire de seulement 30 % ce rayonnement, il est nécessaire d’être derrière 6 cm de plomb, 30 cm de béton ou 54 cm de terre.
Certains sont capables de traverser des blindages de plomb de plusieurs mètres d’épaisseur.
c - Exemple :
Celui-ci peut alors émettre son excédent énergétique par l'émission
d'un rayonnement gamma.
Au cours d'une désintégration d’un noyau de protactinium 234 Pa
(un noyau lourd instable) ,
Il expulse une particule et donne un noyau fils plus léger ,généralement dans un état� excite (instable).
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2-4- La famille radioactive
Une famille radioactive correspond à l'ensemble des noyaux qui sont issus
d'un même radio-isotope .
Ce radio-isotope en se désintégrant donne un noyau fils qui à son tour peut
se désintégrer, et ainsi de suite jusqu'à arriver à un noyau stable.
Il n'y a que trois familles:
celles de l'uranium 235,
du thorium 232
et de l'uranium 238
3- Diagramme (N,Z) Stabilité et instabilité des noyaux
Certains noyaux gardent indéfiniment
la même composition :
suffisante et ceux-ci se transforment spontanément en d’autres noyaux
en émettant un rayonnement :
ce sont des noyaux instables ou radioactifs .Sur les 350 noyaux naturels connus une soixantaine sont instables.
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3-1- Activités
3-2- Observations
ils comportent autant de neutrons que de protons c’est le cas de :
3-3- Interprétation
Le domaine du diagramme contenant les noyaux stables est appelé « vallée de la stabilité ».
les noyaux situent hors de la vallée de la stabilité sont instables
ils peuvent se transformer spontanément en un noyau différent , avec émission de Rayonnement :
4- Lois de décroissance radioactive
La radioactivité est un phénomène aléatoire spontané, il n’est pas possible de prévoir
à l’avance la date de désintégration d’un noyau et de changer les caractéristiques de ce phénomène.
Cependant, l'évolution dans le temps d'un échantillon radioactif est soumise à une loi statistique appelée :
loi de décroissance radioactive (découvert par Rutherford et Soddy en 1902).
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4-1- Evolution temporelle d’une population de noyaux
La désintégration nucléaire se produit spontanément entre les nucléides d’un produit radioactif.
S’il s’agit d’un seul nucléide d’un élément chimique on ne peut pas savoir le temps ou se produira la désintégration .
Mais puisque l’échantillon contient plusieurs nucléides , les physiciens ont fait appel aux mathématiques pour résoudre le problème
C'est-à-dire en appliquant les théories de la probabilité et de statistique pour aboutir à une relation mathématique qui nous permet de savoir le nombre de nucléides existant dans un échantillon radioactif à un intervalle de temps.
avec :
qui est proportionnelle à
C'est-à-dire :
donc :
La constante radioactive
tel que:
de solution :
Donc l’expression :
représente la solution de l’équation différentielle on l’appelle aussi :
la loi de décroissance radioactive
4-2- Demi-vie radioactive :
4-2-1- Définition
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a- Graphiquement
En utilisant la loi de désintégration :
On a :
On introduit le :ln
Donc :
D’où :
Graphiquement on a :
Avec :
Donc :
D’où :
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4-3- Activité radioactive :
L'activité radioactive est égale au nombre moyen de désintégrations par seconde,
où 1 Bq correspond à une désintégration par seconde
Donc :
D’où :
Avec :
D’où :
c- Remarque
On peut aussi exprimer la loi de décroissance radioactive
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4-4- Datation
a- Principe
En connaissant un radioélément contenu dans l’objet,
on détermine sa constante λ ,
b- Datation au carbone 14
4-5- Risques liés à la radioactivité
L’homme peut être exposé à la radioactivité de manière externe ou interne, pour une durée plus ou moins longue et de manière plus ou moins forte. Les risques encourus lors d’une exposition à la radioactivité dépendent de tous ces facteurs mais aussi de la radiosensibilité de chaque individu, du type de rayonnement et des radionucléides mis en cause. Ainsi, selon la dose reçue, une exposition peut provoquer des effets immédiats tels que des brûlures et des nausées, ou des effets aléatoires à long terme tels que certains cancers
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