Qu’est-ce-que la radio-activité !

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Qu’est-ce que la radio-activité ?

Certains atomes sont radio-actifs, c’est à dire qu’ils émettent un rayonnement. En fait, c’est le noyau de ces atomes qui émet ce rayonnement, car ce noyau est instable. Contrairement à ce que beaucoup de gens croient, la radio-activité est un phénomène tout à fait naturel.
On distingue trois types de radio-activité d’origines différentes : les radio-activités alpha, beta et gamma.

6.1.1. La radio-activité alpha

Un atome radio-actif alpha émet une "particule alpha", c’est à dire un noyau d’hélium (en fait deux protons et deux neutrons). Ainsi le noyau, en perdant deux protons, change de nature. Par exemple, un atome de polonium 210 (84 protons et 126 neutrons) devient, par radio-activité alpha, un atome de plomb 206 (82 protons et 124 neutrons).
L’origine de la radio-activité alpha est une instabilité globale du noyau de l’atome qui se stabilise en éjectant ces deux protons et deux neutrons.

<6.1.2. La radio-activité beta

La radio-activité beta existe sous deux formes : beta+ et beta-. Un atome radio-actif beta- émet un électron et un anti-neutrino électronique. Un atome radio-actif beta+ émet un anti-électron (ou positron) et un neutrino électronique. En plus de cette émission de particules, la nature des nucléons de ce noyau est modifiée. Ainsi, dans le cas d’une désintégration beta-, un neutron se change en proton. Dans le cas d’une désintégration beta+, c’est un proton qui se change en neutron. Le noyau change donc de nature.
Par exemple, un atome de potassium 40 (19 protons et 21 neutrons) devient, par radio-activité beta-, un atome de calcium 40 (20 protons et 20 neutrons). De même, un atome de carbone 14 (6 protons et 8 neutrons) se désintègre en un atome d’azote 14 (7 protons et 7 neutrons).
L’origine de la radio-activité beta est une désintégration d’un proton ou d’un neutron par interaction faible.

 

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Plus précisément, c’est un des quarks du nucléon qui se
désintègre. Ainsi, dans le cas de la radio-activité
beta-, un quark down du neutron se désintègre en un
quark up, un électron et un anti-neutrino électronique.
Il reste donc dans le nucléon deux quarks up et un quark
down, le neutron devient donc un proton. Dans le cas de
la désintégration beta+, un quark up du proton se
désintègre en un quark down, un positron et un neutrino
électronique, le proton devient donc un neutron.

 


crédits réservés





6.1.3. La radio-activité gamma


Un atome radio-actif gamma émet un photon (aussi appelé
gamma). L’origine de cette radio-activité est une
excitation globale du noyau qui se désexcite en émettant
ce photon (donc en perdant de l’énergie). Cette
excitation initiale du noyau est souvent due à une
première désintégration par radio-activité alpha ou beta
et la radio-activité gamma accompagne donc souvent ces
deux premières.
La radio-activité gamma ne change pas la nature de
l’atome qui la subit, puisque le nombre de nucléons ne
change pas dans le noyau.



6.2. Un peu d’histoire


La découverte de la radio-activité est très récente,
puisqu’elle remonte à la fin du XIXe siècle, et a
révolutionné la science. En effet, c’est cette
découverte qui a permis de commencer à comprendre la
structure des atomes.
En 1896, Henri Becquerel découvre la radio-activité de
l’uranium, alors qu’il étudie les rayons X découverts
par Röntgen un an plus tôt. Quelques mois plus tard,
Marie Sklodowska, qui vient d’épouser Pierre Curie,
soutient sa thèse et montre que, comme l’uranium, le
thorium est aussi radio-actif. En 1898, Pierre et Marie
Curie découvrent un élément beaucoup plus radio-actif,
qu’ils appellent le polonium. Puis, ils découvrent un
autre élément très radio-actif, la radium, ce qui leur
vaut le prix Nobel de physique en 1903. De plus, Marie
Curie reçoit le prix Nobel de chimie en 1911 pour sa
mise au point d’un procédé permettant d’isoler le
radium.
Enfin, en 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie (Irène
est la fille de Pierre et Marie Curie) découvrent la
radio-activité artificielle. Ils sont récompensés
l’année suivante par le prix Nobel de chimie.



6.3. Qu’est-ce que la période d’un élément radio-actif ?


Un élément radio-actif alpha ou beta change de nature à
mesure que ses atomes se désintègrent. Ainsi, si on a
une quantité d’un certain élément radio-actif, après un
certain temps une partie de cet élément aura été
transformée en un autre élément, la quantité d’élément
de départ aura diminué. Au bout d’un certain temps, il
ne restera plus que la moitié de l’élément de départ, ce
temps est la période de cet élément.
Par exemple, si on a 10 grammes de polonium 210 au
départ, il faudra attendre environ 138 jours pour n’en
avoir plus que 5 grammes, on aura alors aussi environ 5
grammes de plomb 206. La période du polonium 210 est
donc de 138 jours. Autre exemple, si on a 10 grammes de
potassium 40 au départ, il faudra attendre 1,3 milliards
d’années pour n’en avoir plus que 5 grammes ! Enfin, la
période du carbone 14 est de 5 600 ans. On peut donc
voir que les périodes peuvent être très différentes pour
différents éléments.



6.4. La radio-activité naturelle


La radio-activité naturelle est très importante mais
assez mal connue. C’est probablement une source
d’énergie importante qui contribue à maintenir le magma
en fusion sous la croûte terrestre (que l’on aperçoit
quelque fois en surface sous la forme de lave).
Un corps humain contient environ 20 milligrammes de
potassium 40, un élément radio-actif beta naturel.

Ainsi, un corps humain produit environ 340 millions
de désintégrations beta par jour, naturellement !


La connaissance des proportions naturelles des éléments
radio-actifs et de leurs périodes permet de calculer
l’age d’objets qui les contiennent. Cette méthode est
largement utilisée pour dater des objets par les
archéologues, par exemple en utilisant le carbone 14.




6.5. La radio-activité artificielle


Certains éléments radio-actifs sont naturellement
présents dans la nature : par exemple le carbone 14 ou
le potassium 40. Cependant, il est aussi possible de
créer artificiellement des éléments radio-actifs qui ne
se trouvent pas dans la nature, c’est la radio-activité
artificielle. Pour cela, il faut bombarder des atomes
"naturels" avec des protons ou des neutrons (ou des
noyaux d’hélium, les "particules alpha"). De cette
manière, les noyaux des atomes de départ sont modifiés,
c’est donc une réaction nucléaire.



6.6. Qu’est-ce que la fission nucléaire ?


La fission d’un atome correspond à la séparation en deux
morceaux du noyau de cet atome, avec en plus quelques
neutrons. Les deux atomes restant sont en général
radio-actifs.
Un atome peut fissionner soit de manière spontanée si
son noyau est trop lourd, soit parce qu’il a été heurté
par un neutron. Ainsi, les neutrons émis lors de la
fission vont engendrer d’autres fissions, ce qui se
traduit par une réaction en chaine. C’est ce processus
qui est utilisé dans les réacteurs nucléaires et les
bombes A, car la fission s’accompagne de libération
d’énergie.



6.7. Qu’est-ce que la fusion nucléaire ?


La fusion de deux atomes apparait lorsque les noyaux de
ces deux atomes sont suffisamment proches l’un de
l’autre pour fusionner, c’est à dire pour former un
unique noyau.
Comme les noyaux ont une charge électrique positive, ils
se repoussent mutuellement, ce qui les empêche de
fusionner. Si ces atomes sont dans un milieu très chaud,
ils auront des vitesses suffisamment élevées pour
pouvoir fusionner avant d’être séparés par la répulsion
électromagnétique. C’est pourquoi on parle souvent de
fusion thermonucléaire. Au cœur du Soleil, la
température est suffisamment élevée pour que des
réactions de fusion nucléaires aient lieu : c’est ce qui
fait briller le Soleil, car ces réactions s’accompagnent
de libération d’énergie.
La fusion n’est pas encore utilisée pour produire de
l’énergie car il est très difficile de faire un réacteur
fonctionnant à la température nécessaire de plusieurs
millions de degrés ! Par contre, elle est
malheureusement utilisée dans les bombes H.

http://www.futura-sciences.com/comp...

David Calvet, le 13/02/2003
chargé de recherches au CNRS

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