Chap. 2.1 - cours Les acquis : La radioactivité Structure de l atome Structure du noyau Propriétés des nucléons Interaction forte Ordres de grandeur
1 - Découverte de la radioactivité
1.1 - Aperçu historique (voir TP) Un jour de 1896, Henri Becquerel range dans son armoire un sachet de sels d'uranium à coté d'une plaque photographique vierge. Quelques jours plus tard, il retire la plaque et il la développe. Il constate que la plaque photo est impressionnée sans avoir été exposée à la lumière. Après avoir renouvelé cette expérience, il en conclut que l'uranium émet un rayonnement spontané qu'il nomme "rayons uraniques
1.1 - Aperçu historique En 1898, Marie Curie découvre que la pechblende, un minerai d'uranium, émet davantage de rayonnements que l'uranium luimême. Elle en déduit que ce minerai contient, en très petite quantité, un ou plusieurs éléments beaucoup plus actifs que l'uranium. A l'aide de son mari Pierre Curie, et après deux ans d'effort, elle parvient à isoler deux nouveaux éléments : Le Polonium (baptisé ainsi en hommage à la patrie de Marie) et le Radium. A cette occasion, Marie Curie inventa le mot "radioactivité".
1.1 - Aperçu historique En 1897, Thompson découvre le premier composant de l'atome : l'électron, particule de charge électrique négative. En 1904, il propose un premier modèle d'atome, surnommé depuis "le pudding de Thompson". Il imagine l'atome comme une sphère remplie d'une substance électriquement positive et fourrée d'électrons négatifs.
1.2 Interprétation de la radioactivité Dans certains cas, l interaction forte est insuffisante pour assurer la cohésion du noyau. Celui-ci, instable, se transforme spontanément en un autre noyau en émettant un rayonnement g source de radioactivité.
1.3 Définition de la radioactivité La radioactivité correspond à la transformation d un noyau instable en noyau plus stable avec émission d un rayonnement g. L activité d un échantillon radioactif est le nombre de désintégrations par seconde. Elle s exprime en Becquerel (Bq).
1.4 Propriétés des désintégrations Les désintégrations radioactives sont : Aléatoires Spontanées Inéluctables Indépendantes de la combinaison chimique Indépendantes de P et T
2 Comment les noyaux instables évoluent-ils?
2.1 Les lois de conservation Lors d une réaction nucléaire, il y a conservation du nombre de nucléons A et du nombre de charges Z A A 1 A 2 X = X 1 + X 2 Z Z 1 Z 2 avec A = A 1 +A 2 et Z = Z 1 + Z 2
2.2 Radioactivité a 84Po 86Rn Noyau d hélium g 222 218 4 Rn Po + He 86 84 2
2.3 Radioactivité b- 27Co 28Ni Électron g 60 60 0 Co Ni + e 27 28-1
2.4 Radioactivité b+ 14Si 15P Positon ou antiélectron g 30 30 0 P Si + e 15 14 +1
2.5 Désexcitation g La radioactivité g n est pas une désintégration du noyau avec changement de son identité mais une simple désexcitation, qui suit parfois les désintégrations a, b+ ou b-. On la note, par exemple : 60 Ni* 60 Ni + g La particule g est un photon, identique à ceux de la lumière, mais beaucoup plus énergétique.
L émission g accompagne parfois les désintégrations a et b
Famille Radioactive de l uranium 238 238 U Désintégration a Désintégration b- 3,05 min 218 Po 214 Pb 214 Bi 26,8 min a 6 Mev b - 4,47.10 9 ans 234 Th a 4,2 Mev 24, 1 jours 19,9 min b - b - a 5,5 Mev 214 Po 210 234 Pa 1,17 min 1,65.10-4 s a 7,69 Mev Pb 22,2 ans b - 210 b - Bi 5,01 jours 234 U 2,46.10 ans a 4,8 Mev 230 Th 7,54.10 4 ans a 4,7 Mev 226 Ra 1600 ans a 4,8 Mev 222 Rn 3,82 jours b - 210 Po 206 Pb stable 5 138 jours a 5,3 Mev
3 Pourquoi les noyaux se désintègrent-ils?
3.1 caractéristiques du noyau Composition d un noyau 11 protons positifs Z = 11 12 neutrons neutres N = 12 Noyau de Sodium Soit 23 nucléons : A = Z + N = 23 Nombre de nucléons (ou de masse) A X symbole Numéro atomique Z Notation du noyau
3.2 - Isotope Des noyaux isotopes ont le même numéro atomique Z mais des nombres de neutrons différents. 1 2 3 Noyau d hydrogène H Noyau d hydrogène H Noyau d hydrogène H 1 1 1 12 14 Noyau de carbone 12 C Noyau de carbone 14 C 6 6 235 238 Noyau d uranium 235 U Noyau d uranium 238 U 92 92
3.3 Vallée de stabilité des éléments Tous les noyaux ne sont pas stables. Certains se désintègrent, au bout d un temps plus ou moins long, par radioactivité, en émettant des rayonnements de plusieurs sortes, plus ou moins dangereux. On constate que les noyaux stables peuvent être groupés autour d une ligne dans le diagramme N = f (Z).
N Stables Émetteurs a Émetteurs b- Émetteurs b+ Z
4- La sûreté nucléaire
Irradiation
comment se protéger de l irradiation, exposition aux rayonnement? Papier Al Pb A (Bq) a b g La distance.. Les écrans.. Le temps..
Effet des écrans contre l irradiation Papier Plomb aluminium
Contamination