Décroissance radioactive
Composition d’un noyau :
A
z
X A : nombre de masse : nombre de nucléo : nombre de proton + nombre de neutrons.Z : numéro atomique : nombre de charge : nombre de proton.
A = Z + N avec N : nombre de neutron.
Charge du noyau : + Z * e avec e : charge élémentaire = 1,6.10-19 C
4
Exemple : 2H2 le noyau comprend 2 protons et 2 neutrons.
La masse du noyau est environ égal à la masse de l’atome, et elle s’exprime en unité de masse atomique (u)
1u = 1/12 * m atome de C12 = 1,66054.10-27 kg
la masse d’un nucléon = 1u donc la masse du noyau = A.u
rq : l’interaction forte entre les nucléons est à l’origine de la cohésion du noyau.
Isotopes d’un élément :
Deux noyau isotopes possèdent le même nombre de proton, mais diffère par leur nombre de neutron.
14 13 12
Exemple : 6C 6C 6C ( 3 isotopes )
a a’
z
X et zX sont des isotopes de l’élément X. Les atomes correspondant sont également appelée isotope.L’abondance naturel est le % en masse de chacun des isotopes dans le mélange naturel d’un élément.
16 17 18
Exemple : 8O 8O 8O
99,76% 0,04% 0,2%la radioactivité :
émissions radioactives :
Un échantillons radioactif peut émettre 3 types de particules et un rayonnement électromagnétique :
4
-les particules a (noyau de 2H2 ) : vitesse de 20 000 km.s-1, et arrêtée par une feuille de papier.
0
- les particules b : 1° b - : -1e (électrons) : vitesse de 280 000 km.s-1, particule de grande énergie arrêté par une feuille d’aluminium d’épaisseur quelque mm, et quelque mètre dans l’air.
0
2° b + :
+1e (positon). Le positon est l’antiparticule de l’électron de même masse. Un positon s’annule quand il rencontre un électron en donnant un rayonnement gamma d . Ils sont rapidement absorbé.-rayonnement d : c’est un rayonnement électromagnétique de très courte longueur d’onde (10-4 nm). Invisible, grande énergie, et est arrêtée par une grande épaisseur de plomb et de béton.
Détecteur utilisé :
-compteur à ionisation de gaz
-les semi-conducteur
Principe : un signal électrique est produit lorsque des électrons ou des noyaux émis par les corps radioactif traverse le détecteur.
Stabilité et instabilité des noyaux :
Un noyau radioactif est un noyau instable qui se désintègre spontanément en donnant un noyau diffèrent et en émettant des particule a ou b et souvent un rayonnement d . Il existe 350 noyau naturel dont 60 instables. Les noyaux artificiel sont quasiment tous instable.
Pour Z £ 20, le noyau est stable.
Pour Z ³ 20, les noyau est instable, car le nombre de protons augmente plus rapidement que le nombre de neutrons.
a
1° cas : zX noyau père est au dessous du domaine de stabilité, il y a un nombre important de neutrons par rapport au nombre de protons.
a a 0
z
X ® z+1Y + -1etransformation d’un neutron en un proton avec émission d’un électron. Le noyau fils obtenue sera proche de la zone de stabilité.
2° cas : le noyau père est situé au dessus du domaine de stabilité. Il y a donc trop de protons par rapport au neutrons.
a a 0
z
X ® z-1Y + +1e (Cela s’appelle une transmutation)transformation d’un proton en neutron avec émission d’un positon et rapprochement de domaine de stabilité.
3° cas : noyau massif ( A ³ 170 ) instable
se désintègre spontanément en émettant un noyau d’hélium (particule a ). La désintégration d’un tel noyau s’accompagne de l’émission d’un rayonnement d provenant de la désexcitation du noyau fils en général excité.
lois de conservation et équation d’une désintégration nucléaire :
a) lois de conservation du nombre de charge :
la somme des nombres de charges du noyau fils et de la particule qui sont formée et égal au nombre de charge du noyau désintégré (noyau père).
b) lois de conservation du nombre de nucléon :
la somme des nombres de nucléons du noyau fils et de la particule qui sont formée est égal au nombre de nucléons de noyau désintégré (noyau père ).
Radioactivité a :
a a-4 4
z
X ® z-2Y + 2H2 238 234 4exemple : 92U ® 90Th + 2H2
Radioactivité b - :
a a 0
z
X ® z+1Y + -1e 60 60 0exemple : 27Co ® 28Ni + -1e
Radioactivité b +
a a 0
z
X ® z+1Y + +1e 19 19 0exemple : 10Ne ® 9F + +1e
Désexcitation d :
60 60 0exemple : 27Co ® 28Ni* + -1e (noyau fils excité *)
60
6028
Ni* ® 28Ni + dPour b + et b - il y a également émission de particule de masse négligeable que l’on appelle neutrino et antineut
radioactivité et le temps :
caractère aléatoire d’une désintégration radioactive :
soit n le nombre de désintégration d’une source radioactive pendant une durée fixée : D t. n varie
La désintégration radioactive d’une population de noyau instable a un caractère aléatoire. Le nombre de désintégration pendant la durée D t, entre t et t + D t est estimé par n .
A la date t, l’échantillons radioactif comporte N noyaux non désintégrer.
A la date t + D t, il en contient N – n
Rq : N est une fonction du temps et est noté N(t).
Pendant le temps D t, la variation du nombre de noyau radioactif de la source est N(t + D t) – N(t) = D N = -n (car le nombre de noyau diminue)
2° activité d’un échantillon :
l’activité moyenne d’un échantillon radioactif est le nombre moyen de désintégration qu’il produit par seconde.
A = n / D t = -D n / D t
Exemple de quelque isotope sur la planète :
Dans la croûte terrestre : 238 U, 235 U , 226 Rn
Dans l’atmosphère : 14C, 222Rn
Notre environnement est radioactif.
La demi-vie noté t1/2 d’un isotope radioactif est la durée au bout de lequel son activité est divisé par deux.
Exemple : t1/2 131I = 7,3j
3) Evolution du nombre de noyau radioactif :
a)loi de décroissance radioactive :
A = -dN/dt et N = No e-c t
Avec No le nombre de noyau radioactif a t = 0 et c constante de temps qui dépend de l’isotope.