RADIOACTIVITÉ. Marc AMMERICH

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1 RADIOACTIVITÉ Marc AMMERICH 1

2 RADIOACTIVITÉ Généralités Atomes stables et atomes radioactifs Énergie et intensité d'émission Modes de transformations Activité Période Filiation radioactive Activation neutronique Marc AMMERICH 2

3 STRUCTURE DE L'ATOME Particules Charge électrique Masse NOYAU PROTON positive 2000 NEUTRON CORTEGE ELECTRON négative 1 ELECTRONIQUE 3

4 REPRÉSENTATION DE L'ATOME Z A X X : symbole de l'élément chimique Z : nombre de protons (numéro atomique) A : nombre de protons + nombre de neutrons (nombre de masse) Exemples : H C I

5 ISOTOPES Atomes de constitution différente appartenant au même élément chimique Exemples : I I I

6 LA RADIOACTIVITÉ Atomes stables : constitution inchangée sans intervention extérieure Atomes instables : transformation spontanée état de stabilité 6

7 LA RADIOACTIVITÉ TRANSFORMATION SPONTANÉE CHANGEMENT DE STRUCTURE DE L'ATOME DÉSINTÉGRATION ÉMISSION DE RAYONNEMENTS ÉNERGETIQUES 7

8 ÉNERGIE DES RAYONNEMENTS Unités d'énergie connues : Le kwh ou le joule mesure d'une énergie importante Pour les rayonnements : électronvolt ev ou plutôt kev ou MeV 1 ev = 1, J 8

9 INTENSITÉ DES RAYONNEMENTS Soit un atome radioactif émettant trois rayonnements différents : R 1, R 2, R 3 On suppose que sur 100 rayonnements émis : 80 sont du type R 1 15 sont du type R 2 5 sont du type R 3 L'intensité d'émission est alors égale à : I 1 = 80 %, I 2 = 15 %, I 3 = 5 % 9

10 LE RAYONNEMENT Association : 2 protons + 2 neutrons Radioactivité concernant les atomes ayant trop de nucléons Po Pb + particule alpha à 9 MeV 10

11 LE RAYONNEMENT bêta moins bêta plus électron neutrino positon (électron "positif") excès de neutrons excès de protons P S + électron Ne F + positon kev à 3 MeV 11

12 LE RAYONNEMENT X Capture Électronique Réarrangement du cortège électronique ET HOP! vers le noyau couches électroniques Fe Mn + neutrino X rayonnement électromagnétique 100 kev ou électron Auger 12

13 LE RAYONNEMENT Rayonnement émis après une désintégration Énergie excédentaire Rayonnement Électromagnétique Concerne tous les types de radioactivité - + CE 10 kev à 3 MeV 13

14 SPECTRES Rayonnements, X, : spectres de raies une particule émise avec une énergie définie Spectrométrie Rayonnements : spectres continu deux particules émises électron variant d une énergie 0 à une énergie max I (%) I1 = 76% I - (N) E moyen = E max / 3 I2 = 24% 0 3,95 4,01 E E (MeV) - max E - (kev) 14

15 LE RAYONNEMENT NEUTRONIQUE N'est pas directement issu de la radioactivité FISSION 235 U ou 239 Pu Combustible nucléaire 15

16 L ACTIVITÉ Nombre de transformations par unité de temps Unité légale : becquerel (Bq) 1 Bq = 1 désintégration par seconde 1 kbq = Bq 1 MBq = Bq 1 GBq = Bq Ancienne unité : curie 1 Ci = 37 milliards de Bq 16

17 LE TAUX D ÉMISSION Nombre de rayonnements par unité de temps n (ryts/s) = A (Bq) x I (%)/100 Pour la désintégration - + CE la somme des intensités d émission fait toujours 100 %. Pour la désexcitation cela peut faire plus Exemple : A = 1000 Bq rayonnement 1 : 30% rayonnement 2 : 70% n 1 = 300 rayonnements 1 /s 17

18 Temps nécessaire pour que l'activité soit divisée par 2 Elle se note : T LA PÉRIODE Exemples de périodes 12 B T = 0,02 seconde 24 Na T = 15 heures 131 I T = 8 jours 60 Co T = 5,27 ans 238 U T = 4,5 milliards d'années 18

19 RELATION ACTIVITÉ - PÉRIODE A (Bq) ln2 T x (s) N 19

20 RELATION MASSE - ACTIVITÉ - PÉRIODE Pour avoir une activité de 37 GBq, quelle masse faut-il? 12 B T = 0,02 seconde m = g 24 Na T = 15 heures m = 0,11 g 131 I T = 8 jours m = 8 g 60 Co T = 5,27 ans m = 0,9 mg 238 U T = 4,5 milliards d'années m = 3 tonnes 20

21 LA DÉCROISSANCE RADIOACTIVE Activité Bq Avec une période T T 2 T 3 T 4 T TEMPS 21

22 LA DÉCROISSANCE RADIOACTIVE Au bout de 7 périodes il reste environ : 1/100 de l activité initiale Au bout de 10 périodes il reste environ : 1/1000 de l activité initiale ATTENTION! Ce n est pas parce qu on a attendu 10 périodes qu il n y a plus d activité 22

23 LA DÉCROISSANCE RADIOACTIVE A A e 0 x ln2x t T A : activité à l instant t A 0 : activité initiale T : période t : temps de décroissance 23

24 LA FILIATION RADIOACTIVE ln2x t T 1 T A2 x A1,0 x e e T 1 T2 ln2x t 1 T

25 L ACTIVATION NEUTRONIQUE A N x x A : activité à l instant t N : nombre de noyaux activés : section efficace en cm -2 x 1 e ln2x t T : débit de fluence des neutrons en cm -2.s -1 T : période du produit radioactif formé t : temps d activation 25

26 Pour résumer Différents rayonnements provenant d atomes instables - + X (particulaires ou électromagnétiques) Énergie variant de quelques kev à 9 MeV selon le rayonnement ACTIVITÉ (becquerel) liée à la PÉRIODE Décroissance radioactive ACTIVITÉ (becquerel) liée à la PÉRIODE Masse du produit Filiation radioactive Activation neutronique produits stables ou radioactifs produits radioactifs 26