2- Le nucléide On appelle un nucléide l'ensemble des atomes dont les noyaux ont même valeur de nombre de charge Z et de nombre de masse A.

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1 PHYSIQUE / Unité :2 TRNSFORMTIONS NUCLEIRES I- L noyau atomiqu - L noyau Un noyau st composé d nucléons, qui rassmblnt ls protons t ls nutrons. La rprésntation symboliqu du noyau d un atom st la suivant : Exmpl symbol d noyau 4 6C nombrs d nucléons =4 nombrs d protons (chargs ) =6 nombrs d nutrons N=- N=8 2- L nucléid On appll un nucléid l'nsmbl ds atoms dont ls noyaux ont mêm valur d nombr d charg t d nombr d mass. 32 S Exmpl : 6 ; U ; 32 5 P 3- Ls isotops Ds noyaux qui ont mêm numéro atomiqu mais ds nombrs d nucléons différnts s appll ds isotops (ils ont donc mêm nombr d protons mais un nombr d nutrons différnt). C C ; C Exmpl : 2 ; II- noyau t radioactivité - Diagramm d stabilité (N,) Malgré l intraction fort, sur ls 5 noyaux connus (naturls t artificils), suls 26 sont stabls. ls autrs s désintègrnt spontanémnt, plus ou mois rapidmnt slon lur composition. Pour localisr cs dux typs d noyaux, on utilis un diagramm (N,) ; où N = - désign l nombr d nutrons, t l nombr d protons: On voit qu pour <2, ls noyaux stabls s situ sur la diagonal, applé vallé d stabilité (autant d protons qu d nutrons). Ensuit, la stabilité du noyau n st assuré qu si l nombr d nutrons st supériur au nombr d protons (si st trop élvé, ls forcs élctrostatiqus l mportnt sur ls forcs nucléairs t ls noyaux s désintègrnt). 2- Qu'st-c qu la radioactivité? - En dhors d la vallé d stabilité, ls noyaux instabls sont dits radioactifs. Chaqu noyau va s transformr n noyau stabl n un ou plusiurs désintégration(s) spontané(s). La radioactivité st la transformation spontané d un noyau au cours du tmps. - Ctt transformation modifi la natur du noyau t s accompagn d l émission d particuls t d radiations élctromagnétiqus. - La désintégration d un noyau st : spontané, inéluctabl, aléatoir, indépndant ds paramètrs habituls (prssion, tmpératur...) Rmarqu : Hnry. Bcqurl découvr la radioactivité n 896

2 III- Différnts typs d radioactivité - Lois d consrvation (Soddy) Lors d un transformation nucléair, il y a consrvation du nombr d nucléons t du nombr d chargs. - Soit un réaction nucléair où un noyau pèr (X) donn naissanc à un noyau fils (Y) n émttant un particul chargé P : Ls lois d consrvation s écrivnt : X 2- Ls différnts transformations radioactivités 2-- Radioactivité ' ' Y 4 La radioactivité corrspond à l émission d noyaux d hélium 2 H (particuls ) par crtains noyaux. 4 4 X Y H Exmpl : 92U 9Th 2H Rmarqu : La radioactivité concrn ls noyaux présntant un xcès d nucléons t applés «noyaux lourds» ( > 2) Radioactivité Radioactivité La radioactivité corrspond à l émission d élctrons (applés rayons, ou particuls ) par crtains noyaux. C typ d radioactivité concrn ls noyaux présntant un xcès d nutrons. X Y 4 4 Exmpl : 6 C 7N Rmarqu : Pndant la transformation + un nutron s transformé n proton n p 2-4- Désxcitation " " P La radioactivité + corrspond à l émission d positrons ( ) par crtains noyaux X Y 3 3 Exmpl : 5P 4Si Rmarqu : lors d la transformation transform n nutron. P n Rmarqu : La radioactivité + un proton s concrn ls noyaux présntant un xcès d protons La radioactivité + xist surtout pour ls nucléids artificils. (préparés dans ds réacturs nucléairs ou dans ls accélératurs d particuls) Si l noyau fils issu d un désintégration radioactiv ou st dans un état xcité, l xcédnt d énrgi st 2 libéré sous form d rayonnmnt élctromagnétiqu d très haut fréqunc (d l ordr d Hz). Rmarqu : Un noyau dans un état xcité st rprésnté avc un astérisqu n xposant à droit * X X Exmpl : émission associé à la radioactivité α 234 * * 234 U Th H puis Th Th Famills radioactivs La radioactivité ntraîn la transformation d un nucléid n un autr nucléid. Si c drnir st lui-mêm radioactif, il s transform à son tour, t ainsi d suit jusqu à c qu l nucléid obtnu n soit plus radioactif. L nsmbl ds nucléids obtnus à partir d un mêm noyau pèr st applé famill radioactiv. Exmpl : radioactif s désintègr par un séri d émission α t pour aboutir à l isotop stabl non radioactif U Pb x y Rmarqu : Il xist 4 famills radioactivs : cll du Nptunium, cll d l uranium, cll d l actinium t cll du thorium

3 IV- Décroissanc radioactiv - Constant d désintégration Soit : - N l nombr d noyaux présnts à t =, - N l nombr d noyaux présnts à la dat t. - Pndant un duré dt très brèv, un crtain nombr d noyaux radioactifs s sont désintégrés (disparu). Soit N+ dn l nombr d noyaux radioactifs non désintégrés (Rst) à la dat t+dt (avc N car N diminu). - La variation du nombr moyn d noyaux désintégrés pndant la duré dt st : N t+dt N t =( N+ dn)-n=dn Ctt variation du nombr d noyaux désintégrés st négativ t proportionnl :au nombr d noyaux N présnts à l instant t à la duré dt. On traduit cla par la rlation dn= -.N.dt. st la constant radioactiv, ll dépnd d la natur du noyau radioactif, c st la proportion d noyaux qui s désintègr par unité d tmps. Un constant radioactiv st l invrs d un tmps, ll s xprim n 2- Loi d décroissanc radioactiv s. - On a dn= -.N.dt. qu l on put égalmnt l écrir : +.N= donc N(t) satisfait à un équation différntill du prmir ordr. - La solution d l équation différntill st La loi d décroissanc radioactiv s écrit : N 3- Constant d tmps La constant d tmps caractéristiqu, noté d un élémnt radioactif st l invrs d la constant radioactiv. Ell s xprim donc n s : τ = N Donc la tangnt à la courb, à la dat t, a pour pnt t coup l ax ds abscisss n t. D plus, à la dat t, 4- Tmps d dmi-vi t 2 N( ) N N,37 N. La dmi-vi t 2 d un échantillon d noyaux radioactifs st la duré au bout d laqull la moitié ds noyaux initialmnt présnts s sont désintégrés. La dmi-vi st un constant caractéristiqu d un élémnt radioactif. on obtint :. 5- ctivité d un échantillon radioactif 5-- Définition L activité a(t) d un sourc contnant N noyaux radioactifs à la dat t st égal au nombr d noyaux qui s désintègrnt chaqu scond. a(t)=.

4 L activité s msur n bcqurl Bq, ( un bcqurl corrspond à un désintégration par scond ). C st un unité très ptit, aussi utilis-t-on souvnt ds multipls : MBq= 3 Bq autr unité Curi : Ci 3, Évolution d l activité On a Bq a(t)= a(t)= a. avc a = activité initial d l échantillon. =a. On put égalmnt xprimr l activité n fonction d la dmi-vi a(t)= a = Exmpl Sourc ctivité Bq L d au minéral ou d au d mr L d lait 8 kg d poisson homm d 7 kg si t= alors a()=,37.a si t= alors a( )=,5.a Rmarqu : On détct la radioactivité avc un Gigr. V- pplication d la radioactivité à la datation : - Princip Pour ls objts issus du mond vivant l échang dynamiqu ntr crtains organisms vivants t lur miliu xtériur (x : l carbon 4, l potassium 4 ) maintnant constant l nombr d noyaux radioactifs dans l organism. À lur mort, ls échangs n ont plus liu t on obsrv un décroissanc qui suit la loi xponntill. Rmarqu : -Il faut tout d abord stimé l âg d l échantillon à datr, pour choisir un élémnt radioactiv dont la dmi-vi st n rapport avc ct âg. Car au bout d t/2, on considèr qu ls noyaux radioactifs sont tous désintégrés. 2- Datation au carbon 4 Isotop radioactif du carbon, l «carbon 4» noté 4 C st formé continullmnt dans la haut atmosphèr par réaction nucléair d nutron cosmiqus avc ds noyaux d azot La proportion d carbon 4 par rapport au carbon 2 st idntiqu dans ls tissus vivants (échang d carbon par rspiration...avc l miliu xtériur ) - Pndant tout lur vi, la proportion d carbon 4 rst constant. - lur mort, la quantité d carbon 4 décroît par radioactivité -. - Il st alors possibl d détrminr la dat d la mort n msurant la quantité d carbon 4 rstant dans l échantillon à étudir t n l comparant à la quantité d carbon 4 présnt dans un échantillon d mêm natur, mais vivant. donc l âg : Commnt s protégr d chaqu typ d rayonnmnt? Ls rayons alpha,très pu pénétrants, sont arrêtés par un fuill d papir ou par ls couchs suprficills d la pau. Ls rayons bêta moynnmnt pénétrants puvnt travrsr ls couchs suprficills d la pau mais sont arrêtés par qulqus millimètrs d métal. Ls rayons gamma sont très énrgétiqus t donc très pénétrants: pour arrêtr crtains d'ntr ux, plusiurs dizains d cntimètrs d plomb ou plusiurs mètrs d béton sont nécssairs.

5 Connaissancs - Compétncs - Connaîtr la signification du symbol t donnr la composition du noyau corrspondant. - Définir l isotopi t rconnaîtr ds isotops. - Rconnaîtr ls domains d stabilité t d instabilité ds noyaux sur un diagramm (N,). - Définir un noyau radioactif. - Connaîtr t utilisr ls lois d consrvation. - Définir la radioactivité α, β, β +, l émission γ t écrir l équation d un réaction nucléair pour un émission α, β ou β + n appliquant ls lois d consrvation. - À partir d l équation d un réaction nucléair, rconnaîtr l typ d radioactivité. - Connaîtr l xprssion d la loi d décroissanc t xploitr la courb d décroissanc. - Savoir qu Bq st égal à un désintégration par scond. - Connaîtr la définition d la constant d tmps t du tmps d dmi-vi. - Utilisr ls rlations ntr λ t t /2. - Expliqur l princip d la datation, l choix du radioélémnt t datr un événmnt.

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