TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES

Chapitre 4 : Radioactivité, décroissance radioactive

I- Composition d’un noyau atomique

ou nombre de masse

Cu6329

noyau de cuivre qui a pour composition : 29 protons et 63 – 29 = 34 neutrons

•Isotope :

Des noyaux qui ont même numéro atomique Z mais des nombres de nucléons différents A s’appelle des isotopes (ils ont donc même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent).

UetU 23892

23592 CetC 14

6126

3) Stabilité et instabilité des noyaux

260 atomes sont stables. les autres se désintègrent spontanément, plus ou moins rapidement

diagramme (N,Z) pour Z<20, les noyaux stables se situent sur la diagonale, appelée vallée de stabilité (autant de protons que de neutrons).

Ensuite, la stabilité du noyau n’est assurée que si le nombre de neutrons est supérieur au nombre de protons (si Z est trop élevé, les forces électrostatiques l’emportent sur les forces nucléaires et les noyaux se désintègrent).

Aucun noyau dont Z>83 n’est stable.

1) DéfinitionEn dehors de la vallée de stabilité, les noyaux instables sont dits radioactifs. Chaque noyau va se transformer en noyau stable

II La radioactivité :

Une réaction nucléaire sert à décrire la transformation d’un noyau instable en noyau stable, tout comme l’équation de la réaction chimique. Mais ici, cette réaction ne concerne que les noyaux des atomes.

2) Règles de conservationLors d’une réaction nucléaire, il y a conservation du nombre de nucléons A et du nombre de charges Z.

3) Différentes radioactivités

•Radioactivité  :a.Définition :

Ce sont plutôt les noyaux lourds qui répondent à cette radioactivité.

•Exemple :

HePbPo 42

20682

21084

Les particules sont arrêtées par une feuille de papier ou une petite couche d’air. Elles sont très peu pénétrantes

b) Radioactivité β- :

Définition : Les noyaux qui ont trop de neutrons le remplacent par un proton en émettant un électron

Exemple :

Ce rayonnement β- est assez pénétrant mais est arrêté par une épaisseur de quelques mm d’aluminium.

Cette radioactivité est caractéristique des noyaux ayant trop de protons, mais elle existe que pour les noyaux artificiels. Ces noyaux se désintègrent en émettant un particule chargé +e, appelé positon

c) Radioactivité β+ :• Définition :

•Exemple :

eSiP 01

3014

3015

Artificiel. Créé en 1934 par Irène et Frédéric Joliot Curie

a.Propriété :Les particules β+ ont une durée de vie très courte car lorsqu’elle rencontre un électron, les deux particules s’annihilent pour donner un rayonnement γ.On utilise ces particules en médecine vu leur durée de vie.

d) Désexcitation γ :

• Définition :A la suite d’une radioactivité ou β, le noyau fils produit est souvent dans un état excité (Y*)

Il se désexcitera en une ou plusieurs étapes en émettant un rayonnement électromagnétique (de même type que la lumière) par l’intermédiaire de photons de très grande énergie : les photons γ.

YY AZ

AZ *

Ces rayonnements γ est très pénétrants, ils sont arrêtés par une épaisseur de plomb d’une vingtaine de centimètres.

III Décroissance radioactive :

N = f(t)

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20

t

N N = f(t)

1) Trouvons l’équation de la fonction représentée par la courbe

nombre de noyaux qui s’est désintégré entre t et t + Δt :N(t)– N(t+dt) = - ΔN

N(t)

N(t+Δt)

t t+Δt

ΔN est proportionnel à Δt et au nombre de noyaux présents

- ΔN = λ×N×Δt

λ est la constante de proportionnalité appelée constante radioactive, elle dépend de la nature du noyau radioactif.

1

NdtdN

On fait tendre Δt vers 0:

solution;: N(t) = N0×e-λt

2) Temps de demi vie

La demi-vie t1/2 d’un échantillon radioactif est égale à la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux de l’échantillon se soit désintégrée : N(t + t1/2) =N(t)/2

La demi-vie ne dépend donc que de la constante radioactive λ (pas de N0).

Trouver τ et t1/2 graphiquement

3) Activité d’un noyau radioactif : •Définition L’activité A d’une source radioactive est égale au nombre moyen de désintégration par seconde dans l’échantillon : A =

Elle s’exprime en becquerels (Bq) en hommage au physicien du même nom. 1 Bq correspond à une désintégration par seconde.