La radioactivité (Travaux Pratiques Encadrés - Espaces pédagogiques interactifs)

« en proton .

C'est ce qui se produit dans le carbone 14 : un des 8 neutrons se transforme en proton, si bien que le nouveau noyau ainsi formé est constitué de 7 neutrons et de 7 protons .

Or, avec 7 protons c'est un noyau d'azote.

Le carbone 14 devient donc azote 14.

Il faut cependant savoir qu'il existe en physique un principe , appelé principe de conservation de la charge électrique, qui stipule que la charge électrique totale avant et après une réaction ne doit pas changer .

Demi-vie d'un élément radioactif N No !'!!! 2 N o 4 ----:---- No ffi~~~~~~~~ ~~======------.

T 2T proportion chez les êtres vivants ne change pas au cours de leur vie malgré les transmutations en azote 14, car on la retrouve aussi dans leur nourriture laquelle maintient la proportion constante dans l'organisme .

En revanche , dès l'instant où la mort survient, cette proportion décroît en raison de la diminution du nombre de noyaux radioactifs (par transmutation) qui n'est plus alors compensée par la prise de nourriture.

Ainsi, on sait qu'au moment où la mort est survenue , la proportion valait1o- 0 et que depuis elle Le neutron étant neutre, s 'il se transformait en un proton et uniquement un proton, ce principe serait violé , puisqu 'il y aurait une charge positive à la place du neutron .

Aussi, afin de conserver la neutralité , N = nombre de particules n'a cessé de décroître.

Par conséquen~ T = pér i ode ou temps de demi-vie si l'on trouve un bois mo~ et si l'on 1------------""1"-----------~ constate que la proportion C14/Cl2 y il est indispensable qu'une charge négative apparaisse en même temps que le proton (positin :c'est un électron.

Contrairement au proton qui reste dans le noyau, l'électron ainsi né part à grande vitesse : typiquement 280 000 kilomètres par seconde.

Cet électron qui apparaît lors de la transmutation d'un neutron en proton est à tout point de vue identique aux électrons « ordinaires li qui tournent autour du noyau .

Cependan~ pour des raisons historiques, on l 'appelle " électron bêta li.

Son émission est appelée " rayonnement bêta li, et le phénomène « radioactivité bêta li.

Pour être complet, en plus de l'électron apparaît une autre particule, électriquement neutre : un anti­ neutrino .

l'électron bêta parcourt dans l'air une distance de l'ordre de 1 mètre avant de se fixer sur une molécule présente dans l'air.

On peut arrêter un électron bêta avec une feuille d'aluminium .

apparition d'un positon (ou anti­ électron ou électron positin , accom­ pagné d 'un neutrino .

Signalons enfin que de très gros noyaux, comme celui de l'uranium peuvent se scinder en deux spontanément: c'est ce que l'on appelle fission, laquelle n'est pas considérée comme étant une forme de radioactivité .

Il s'agit cependant d'une transformation du noyau au même titre que les autres transformations .

ACTIVITt l'unité employée pour mesurer l'activité d'un corps radioactif est le becquerel transmutent par radioactivité et deviennent stables , si bien que leur nombre diminue au cours du temps.

À cette décroissance on associe un temps appelé demi -vie: c'est le temps au bout duquel la moitié des noyaux radioactifs ont transmuté et donc disparu .

Cette demi-vie est très variable : elle peut aller d 'une fraction de seconde à des dizaines de milliards d'années.

Celle du carbone 14 par exemple est de 5 600 ans environ .

Dire que la moitié des noyaux de carbone 14 se seront transmutés en azote 14 au bout de 5 600 ans revient à dire qu'un noyau particulier de carbone 14 possède 50% de chance de se désintégrer au bout de ce temps .

noté Bq.

Un becquerel équivaut à FILIATION une désintégration par seconde .

En Lorsqu'un noyau radioactif se raison de la présence dans notre corps désintègre en son noyau fils, celui-ci de carbone 14 et de potassium 40, peut être amené à se désintégrer en un tous deux émetteurs bêta , chacun autre fils si lui-même n 'est pas stable et d'entre nous est radioactif à hauteur ainsi de suite .

On obtient ainsi une de 8 000 Bq.

Huit mille transmutations filiation de noyaux tous radioactifs, sauf ont donc lieu toutes les secondes dans évidemment le dernier .

Dans le cas des notre propre corps , chacune émettant éléments naturels très lourds comme RAIIIOACTIVITt GAMMA un électron bêta .

Cela n'est pas pour l'uranium , le thorium , etc, le dernier Généralement, après une émission autant dangereux .

élément est du plomb .

Aussi , cela alpha ou une émission bêta, le nouveau 1--------------1 signifie qu'à terme, tous les noyaux très noyau qui appara î~ appelé noyau fils, LE COMPTEUR GEIGER lourds sur Terre auront disparu et possède un peu trop d 'énergie : il est seront remplacés par du plomb .

Cela excité .

On peut se représenter cela signifie aussi que dans un minerai comme un noyau qui vibrerait sur lui- d'uranium, on trouve tous les même.

Cet excédent d'énergie de descendants de l'uran ium.

Or.

certains vibration est évacué par le noyau sont radioadifs alpha , d 'autres bêta , et sous forme d 'un grain de lumière, un tous les descendants émettent aussi , à photon.

Ce photon très énergétique leur apparition, des gamma (voir plus est appelé « photon gamma » et haut radioactivité gamma ).

Ainsi, le le phénomène prend le nom de Le c-pteu' Celge,, qui doit son minerai émet les trois sortes de « radioactivité gamma li.

Rares sont les nom à son inventeur , Hans Geiger , rayonnements , bien que l'uranium lui- noyaux radioactifs dont le fils n'émet permet de détecter les ondes même n'émettent que des alpha .

pas un rayonnement gamma.

C'est ionisantes.

Parmi elles, on trouve les cependant le cas du carbone 14 : ondes radioactives .

ëappareil est l 'azote 14 apparaît dans un état stable constitué d 'un cylindre en métal (qui et il n'y a aucune émission gamma .

fait office de cathode) traversé par un Pour arrêter un photon gamma on a fil électrique (l'anode) et rempli d'un UTILISATION DE LA RADIOACTIVITÉ besoin de 5 centimètres de plomb.

mélange gazeux d 'argon et de DATATION méthane .

Lorsqu'une particule La méthode de datation gr~ce à un QuELQUES AUTRES provenant d'une source radioactive élément radioactif est facile à FORMES DE RADIOAcnvnt pénètre dans le tube, elle entre en comprendre .

Nous prendrons l'exemple Il existe d'autres formes de radio- collision avec les atomes .

On observe du carbone 14.

Aujourd 'hui, dans activité.

Par exemple, il peut arriver alors une ionisation partielle du gaz: l'atmosphère, un atome de carbone qu'un noyau très riche en neutrons des électrons libres sont formés.

Ils sur 1 000 milliards est en fait du émettent des neutrons ; s'il est très affluent vers le fil conducteur du fait carbone 14, le reste est essentiellement riche en protons tout en étant pauvre de la différence de tension entre les du carbone 12.

On sait que cela était en neutron , il peut émettre un proton.

Il deux électrodes, et créent une également le cas aux temps préhisto - peut aussi arriver qu'un noyau capture impulsion électrique.

Cette dernière , riques .

Puisque dans l'atmosphère la un électron périphérique , lequel, en se amplifiée puis décomptée , permet proportion C14/C12 vaut 1Q-0 , on combinant à un proton du noyau d'obtenir une image de l'activité retrouve cette même proportion chez transforme le proton en neutron .

radioactive.

les plantes qui puisent le carbone Donnons un dernier exemple.

Nous f--------------i présent dans l'air (sous forme de CO,) avons parlé plus haut de la radioactivité lors de la photosynthèse .

On retrouve bêta où un neutron devient proton.

Le DtcROISSANCE cette même proportion chez les phénomène inverse peut se produire Dans une population de noyaux herbivores qui mangent les plantes , également : dans certains cas, un radioactifs tous identiques , à mesure de même que chez les carnivores proton peut devenir neutron avec que le temps passe, les noyaux se qui mangent les herbivores.

Cette vaut JO·".

on peut dire que le bois est mort il y a peu de temps .

En revanche , si la proportion vaut JO·" .

on saura dater la mort connaissant la demi-vie de 5 600 ans du carbone 14.

RAIIIOACTIVITt ARTIFICIELLE ET MtDECINE Il existe dans la nature un grand nombre de noyaux radioactifs : nous avons donné l'exemple du carbone 14.

Il est possible de fabriquer des éléments radioactifs qui n 'existent pas dans la nature , notamment grâce à des accélérateurs de particules .

C'est ce que l'on appelle la radioactivité artificielle.

C'est en 1934 que l'rne Jo/lot-Curie fabrique le premier radioélément artificiel : le phosphore 30.

Dans certaines applications médicales , il est parfois intéressant d'employer des radioéléments précis .

Si ces derniers n'existent pas dans la nature , il faut les fabriquer.

Si la demi-vie du radio ­ élément est courte, il est nécessaire que le lieu de fabrication et l'hôpital ne soient pas trop éloignés .

C'est la raison pour laquelle on trouve des llteélé,ateun de ptJrticules à proximité de certains centres hospitaliers .

Les traceurs radioactifs sont fréquemment utilisé s en médecine comme révélateurs du fonctionnement correct ou pathologique d 'un organe est une pratique courante .

CENTRALE NUCÙAIRE l'énergie libérée dans une cenuale nucléaire, énergie qui permet ensuite ~ .

.- • -'1 pr de produire de l'électricité , provient des noyaux d'uranium .

En effet , bombardés par des neutrons , les noyaux d 'uranium se coupent en deux : cette fission libère de l'énergie.

Bien que la fission et la radioactiv ité soient deux phénomènes distincts , il existe un lien entre les deux : les fragments de fission sont en effet radioactifs.

Par ailleurs , parfois, au lieu de fissionner, l'uranium (92) capture un neutr on et le transforme en proton : on obtient donc du neptunium (93) .

D'autres réactions peuvent ensuite donner du plutonium et d 'autres radioéléments.

Ces éléments radioactifs produits par la centrale constituent ensemble ce que l'on appelle les déchets nucléai,es.

Comme leur demi-vie est souvent longue, il faut trouver un lieu pour les stocker ...

.

·1' .

• Qu'il s'agisse de rayonnements alpha , bêta ou gamma , en franchissant la matière , ces rayonnements inter­ agissent avec elle.

Il en est de même avec les rayons X employés en radiologie .

Par exemple, une particule alpha ou bêta lancée à grande vitesse peut briser la double hélice de l'ADN , ...-~~-- ---,-.soit un brin soit les deux .

---• .:o:•. 1 Cependant , la vie étant apparue en présence de radioactivité , elle est adaptée à ce phéno- 1...01_...,..._..._.

_ _ ,..

mène : il existe dans l'or g anisme des mécanismes qui réparent les dégâts causés par les rayonnements .

Néanmoins , si le rythme avec lequel les dég~ts sont produits devient trop élevé , l'organisme n'est plus en mesure d 'effectuer les réparations : cela provoque alors des désordre s physiologiques pouvant entraîner la mort.

l'unité employée pour mesurer la dose reçue est le Sievert.

noté Sv.

Elle est liée à l'adivité , la nature du rayonnement et au tissu exposé .

A titre d'indication , la dose moyenne reçue en un an par un individu en France consécutivement aux rayonnements d 'origine naturelle est de 3 mSv : la moitié est due au gaz radon prêsent naturellement dans l'air.

À cela il faut ajouter la contribution des centrales nucléaires (0,02 mSv 1 an) et les doses d ' origine médicales (radio­ graphie, scintigraphie, scanner ...

) qui délivrent en moyenne 1,5 mSv 1 an (une« 'adio »pulmonaire ordinaire délivre 0 ,1 mSv).

Teleray est un réseau national d'alerte , constitué de 180 stations, exclusivement consacré à la protection sanitaire des populations .

Indépendant des exploitants nucléaires , il effectue une mesure permanente du rayonnement gamma dans l'air ambiant.

En cas d'inciden~ son rôle serait important pour aide r les pouvoirs publics dans l 'optimisa tion des interventions et le choix des contre-mesures .. »