I Stabilité et instabilité des noyaux. P11 Décroissance radioactive. I Stabilité et instabilité des noyaux. I Stabilité et instabilité des noyaux.

Transcription

1 P11 Décroissance radioactive TS Physique 1 1. Composition du noyau. Il se compose de nucléons, au nombre de A (nombre de masse)! Les protons au nombre de Z (numéro atomique, à chacun correspond un élément chimique)! Les neutrons au nombre de N=A-Z TS Physique 2 2. Isotopie. On dit que deux noyaux sont isotopes lorsqu'ils ont des numéros atomiques identiques mais des nombres de nucléons différents. 3. Notation. => Désigne un noyau, où X est le symbole chimique de l'élément. TS Physique 3 TS Physique 4 4. Diagramme (N,Z). " Origine de l'instabilité de certains noyaux (1940/2500): le noyau est le seuil de trois forces (de la plus faible à la plus forte):! interaction gravitationnelle, attractive! interaction électrique, répulsive! interaction forte, attractive 4. Diagramme (N,Z). " L'ensemble de ces forces ne sufit donc pas toujours à maintenir la cohésion du noyau, il y a alors désintégration. " Pour Z>83, aucun noyau n'est stable. TS Physique 5 TS Physique 6

2 Le diagramme de Segré représente la stabilité des noyaux N en fonction de Z. " Ligne des noyaux stables " Zones instables:! émetteurs! -! émetteurs! +! émetteur " Définition: Capacité d'un noyau à émettre une ou plusieurs particules, et parfois un rayonnement électromagnétique lors de sa désintégration. TS Physique 7 TS Physique 8 1. Loi de conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons. " Dans une équation de désintégration, la charge électrique et le nombre de nucléons sont conservés durant la réaction. 1. Loi de conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons. Equation générale de la désintégration: A A-i i X! Y + p Z Z-j j Où X est le noyau père, Y le noyau fil et p une particule élémentaire. TS Physique 9 TS Physique La radioactivité de type " " Due à un excès de nucléons 3. La radioactivité de type! "!- : Trop de neutrons par rapport aux protons =production d'un électron. "!+ : Trop de protons par rapport aux neutrons=production d'un positron TS Physique 11 TS Physique 12

3 4. La radioactivité de type # " Énergie en trop pour les noyaux produits qui sont dans un état excité et doivent retourner dans un état fondamental, elle est di$usée sous forme d'un rayonnement électromagnétique TS Physique 13 " Ainsi, l'on gagne toujours en stabilité: TS Physique 14 " Ainsi, l'on gagne toujours en stabilité: " Et l'on voit que la plupart du temps, les émissions sont successives. TS Physique 15 TS Physique 16 La désintégration d'un noyau intervient de manière aléatoire:! Son passé...! Son entourage... n'ont aucune influence sur le fait qu'il se désintègrera... ou pas. C'est pourquoi l'on travaillera sur un échantillon de N(t) noyaux: on a plus de chance d'observer une désintégration. TS Physique Evolution de la population moyenne d'un ensemble de noyaux radioactifs. " Le nombre de noyaux se désintégrant est d'autant plus important que l'échantillon est grand, et la durée d'observation longue: " Soit %N(t)=-&.N(t) %t %N(t)=-&.N(t).%t TS Physique 18

4 1. Evolution de la population moyenne d'un ensemble de noyaux radioactifs. " Le nombre de noyaux «intègres» est alors la solution de cette équation, soit: N(t)=N 0 où N 0 est le nombre de noyau à l'instant t=0, et & une constante. 2. Activité radioactive. " C'est le nombre de noyaux se désintégrant par unité de temps. " Elle est notée A(t) " A(t)= - dn(t) = &N 0 dt " Elle s'exprime en Becquerel (Bq) TS Physique 19 TS Physique Activité radioactive. " L'activité permet de rendre compte de la dangerosité d'une source radioactive pour les organismes biologiques.! Elle dépend du type de radiation! De la distance de la source 3. Constante de temps ' " C'est le temps caractéristique d'une désintégration et s'exprime en seconde. '=1/& TS Physique 21 TS Physique Constante de temps ' " Il se lit directement sur la courbe de désintégration: 4. Demi-vie " C'est aussi un temps caractéristique d'une désintégration: c'est le temps au bout duquel la moitié des noyaux se sont désintégré. T 1/2 = ' ln2=ln2/& TS Physique 23 TS Physique 24

5 5. Application à la datation au carbone 14. " Avant la mort d'un organisme vivant, le C14 (instable) est présent avec une proportion de l'ordre de (& 0 ) par rapport à l'isotope C12 (stable), il est renouvelé en permanence. " Après sa mort, il n'est plus renouvelé, et le C14 ne cesse de se désintégrer. 5. Application à la datation au carbone 14. " Or, la demie vie t 1/2 du C14 est connue et égale à 5600 ans. " On mesure d'activité de l'échantillon: A " Il ne reste plus qu'à trouver la date de mort de l'organisme à l'aide de: A(t)= &N 0 TS Physique 25 TS Physique 26