La radioactivité

Pour comprendre la décroissance radioactive, il faut commencer par comprendre la radioactivité. La radioactivité d'un atome est due à l'activité de son noyau. En effet, ce sont les forces attractives et répulsives qui se débattent en son sein qui en sont la cause.

L'atome et son noyau

Structure de l'atome

L'atome a une structure qui ressemble à ce dessin. Le noyau en son centre est entouré d'électrons qui gravitent. Ces deux parties sont séparées par du vide. C'est pourquoi l'on dit de l'atome qu'il a une structure lacunaire. Son noyau est très petit comparé à la taille de l'atome entier.

On dit de l'atome qu'il a une structure lacunaire.

Une structure est dite lacunaire lorsque ces différents éléments sont séparés uniquement que par du vide

Dans le cas de l'atome, ce sont le noyau et ses électrons qui ne sont séparés que par du vide.

Composition du noyau

Le noyau d'un atome se compose d'éléments que l'on appelle les nucléons. Ce sont eux qui définissent le nombre de massa d'un atome.

Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome

Dans ces nucléons se trouvent des protons dont la charge est positive et des neutrons à charge neutre. Ces deux composants sont très fortement liés entre eux. Le rayon d'un nucléon est d'environ 10-15 m alors que l'atome tout entier a un diamètre avoisinant les 10-10 m.

Isotopes

La notion d'isotope joue aussi un rôle dans la décroissance radioactive des noyaux. En effet, celle-ci sera différente selon l'isotope concerné. Pour rappel, deux isotopes sont des atomes qui ont le même nombre de protons et donc le même numéro atomique, tout en ayant un nombre de neutrons différents.

La demie-vie

La demie-vie d'un isotope se caractérise par la période au bout de laquelle la moitié des atomes d'un certain échantillon initial radioactif se sera désintégré.

Isomère nucléaire

Cette notion est elle aussi importante à maîtriser. Deux isomères ne partageront pas la même décroissance radioactive. Il est donc important de rappeler ce qu'elle signifie. Des isomères nucléaires sont des atomes qui partagent le même noyau mais dans états énergétiques différents. C’est à dire qu’ils comportent un spin et une énergie d’excitation spéciaux. Dans leur état d’énergie le plus bas, on dit qu’ils atteignent l’état fondamental.

Transmutation

Parfois, quand le noyau de l'atome est instable et donc radioactif, il est sujet à des transmutations.

La transmutation est le phénomène physique selon lequel un élément se transforme de manière spontanée ou sous l’effet de collision avec un autre élément en un autre élément.

Structure et stabilité

Pour que le noyau et les électrons restent stables entre eux. Ils sont donc liés par une énergie de liaison. Si ils ne sont pas bien liés entre eux, les atomes deviennent instables et se transforment. Ils sont donc radioactifs. Il existe trois types de radioactivité.

Il existe plusieurs types de radioactivité. Celles-ci se comptent au nombre de trois. On retrouve la radioactivité bêta avec émission de particule, la radioactivité alpha avec rayonnement alpha et pour finir la gamma qui vient souvent à la suite d'un des deux autres types de désintégration.

Radioactivité bêta

La radioactivité bêta est un type de désintégration radioactive où une particule bêta (électron ou positron) est émise. On parle de radioactivité bêta + quand un positron est émis mais on parle de radioactivité – quand c’est un électron qui est émis.

Radioactivité alpha

La radioactivité alpha est un rayonnement provoqué par une désintégration alpha qui est une désintégration radioactive où un noyau atomique éjecte une particule alpha qui se transforme en un autre noyau dont le nombre de masse est diminué de 4 et le numéro atomique de 2 à cause de la particule alpha manquante qui est analogue au noyau d’hélium 4.

Radioactivité gamma

La radioactivité gamma est un rayonnement provoqué par une désintégration gamma. Le plu souvent, ces désintégrations accompagnent des désintégrations alpha ou bêta. En effet, quand il émet un rayon alpha ou bêta, le noyau devient excité. Lors de l’émission d’un rayonnement électromagnétique gamma, le noyau peut donc redescendre à un état plus stable.

Noyau stable

Certains noyaux qui ont une bonne énergie de liaison restent stables. En réalité, la stabilité n'existe pas vraiment. On considère qu'on atome est stable quand sa demie-vie est égale à 1033 années, soit la durée de vie du proton.

Fonctionnement

La désintégration radioactive est régie par une loi très importante, la loi de désintégration radioactive. C'est une loi statistique qui est définie par le hasard. En effet, elle explique qu'un radio nucléotide a autant de chances de se désintégrer à un certain moment qu'un autre radio nucléotide de la même espèce. Elle définit aussi que les désintégrations ne dépendent pas des conditions externes physico chimiques. Sur un échantillon de matière radioactive et durant un laps de temps défini, la proportion des noyaux qui se désintègrent est la même. On peut donc en sortir une formule : [ N (t) = N_{0} e^ {- lambda t } ] Cependant, il faut remarquer que la loi n'est valable que pour les radio nucléotides initiaux et ne s'applique pas à ceux qui découlent de leur désintégration.

Lien avec la période radioactive

On appelle période radioactive le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d’un isotope radioactif se désintègre de manière naturelle. Cette période n’est influencée en aucun cas par les conditions de l’environnement, que ce soit la température, la pression ou encore le champ magnétique, elle est propre à l’isotope en question. Statistiquement, on peut dire que la période radioactive est le temps à l’issue duquel le noyau de l’atome a 50 % de chances de s’être désintégré.

Activité

La notion d'activité est étroitement liée avec la décroissance radioactive. En effet, l'activité est l'expression du nombre de désintégrations par secondes d'un atome composé d'un certain nombre de noyaux radioactifs. Cette grandeur s'exprime habituellement en becquerels de symbole Bq. On peut donc en déduire un taux de désintégration des noyaux atomiques. Cependant, l'utilisation de cette unité pose parfois des problèmes. En effet, le becquerel est une unité petite. Par exemple, un élément radioactif dont la durée de demie-vie est d'un million d'années,  une mole de cet élément aura une activité de 20 x 109 Bq.

Pour un échantillon de noyaux radioactifs, le temps de demi-vie est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux présents à un instant t se soit désintégrée.

A titre d'information, il faut des millions de Becquerels pour que cela devienne dangereux pour l'Homme. Dans le cas où les radioisotopes sont dans un mélange, plus la demie-vie de celui-ci est courte et plus son activité massique sera forte. Voici un tableau qui récapitule les activités de quelques atomes :

ElementPériodeActivité
Plutonium24 110 a5,4862 × 1011
Uranium703,8 Ma1,8794 × 107
Vanadium1,5 × 1017 a 0,08818
Bismuth1,9 × 1019 a0,0006962
Krypton10,76 a1,229 × 1015

Intérêts de cette étude

La décroissance radioactive est un phénomène à prendre en compte dans le cas d'enfouissements de matières radioactives. En effet, il est important de savoir combien de temps les éléments seront toxiques pour l'Homme et l'environnement.

La décroissance radioactive et son étude sont très utiles afin de comprendre le fonctionnement de la radioactivité. Dans de divers domaines, il est important de connaître ce phénomène. C'est par exemple le cas du nucléaire et de le gestion des déchets qui y sont associés. On pourra également prévoir les effets de l'enfouissement par exemple. En écologie également, la décroissance radioactive permet de calculer l'impact sur les sols et la pollution engendrée par l'utilisation de matériaux radioactifs.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

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