Radioactivité

La radioactivité est la transformation spontanée de noyaux instables. Chaque événement individuel est aléatoire, mais les grands ensembles de noyaux obéissent à des lois statistiques simples qui permettent de prévoir activité et décroissance moyenne.

Trois émissions courantes modifient le noyau différemment

Commencez par équilibrer A et Z. Ces variations permettent d’identifier le noyau fils avant même de s’intéresser au nom de la désintégration.

Une émission alpha retire un noyau d’hélium : A diminue de 4 et Z de 2. Une désintégration bêta moins transforme un neutron en proton avec émission d’un électron et d’un antineutrino : A reste inchangé et Z augmente de 1.

Une émission gamma enlève de l’énergie à un noyau excité sous forme de photon ; A et Z ne changent pas.

L’activité compte les désintégrations par unité de temps

A = λN

λ est la constante de désintégration et N le nombre de noyaux radioactifs présents. L’unité SI est le becquerel : 1 Bq = 1 désintégration par seconde en moyenne.

L’activité diminue au cours du temps pour un radionucléide isolé qui n’est pas continuellement produit.

Les lois de conservation contraignent chaque désintégration

Charge électrique, énergie, quantité de mouvement et nombre de nucléons doivent être correctement pris en compte. Dans la désintégration bêta, l’existence du neutrino est essentielle pour satisfaire les bilans d’énergie et de quantité de mouvement événement par événement.

Équilibrer A et Z est un premier contrôle utile, mais ce n’est pas toute la physique d’une désintégration.

Aléatoire ne signifie pas sans loi. Le moment de désintégration d’un noyau individuel est imprévisible, mais un grand ensemble suit une évolution statistique très précise.

Type de rayonnement et danger ne sont pas la même question

Le risque dépend de l’activité, de l’énergie des émissions, de leur pouvoir de pénétration, de la géométrie d’exposition, du temps et du fait que la source soit externe ou incorporée.

Les particules alpha sont peu pénétrantes à l’extérieur du corps mais peuvent être très ionisantes si un émetteur alpha est inhalé ou ingéré. Les photons gamma sont plus pénétrants et nécessitent souvent un blindage dense.

Exercices résolus

1. Désintégration alpha

Un noyau de ²³⁸U (Z = 92) émet une particule alpha. Quels sont A et Z du noyau fils ?

Solution

A = 238 − 4 = 234 et Z = 92 − 2 = 90 : ²³⁴Th.

2. Bêta moins

Que deviennent A et Z lors d’une désintégration β⁻ ?

Solution

A ne change pas ; Z augmente de 1.

3. Activité

Un échantillon contient N = 2,0 × 10⁹ noyaux et λ = 3,0 × 10⁻⁶ s⁻¹. Quelle est l’activité ?

Solution

A = λN = 3,0 × 10⁻⁶ × 2,0 × 10⁹ = 6,0 × 10³ Bq.