La radioactivité :
La radioactivité est la propriété naturelle de certains noyaux atomiques à émettre de façon spontanée un rayonnement. Cela correspond à une recherche spontanée de stabilité nucléaire. Cette emission de rayonnement accompagne le phénomène de
désintégration radioactive, qui transforme le noyau de l'élément "père" (X) en noyau fils (Y). AInsi, le noyau d'un isotope
radioactif va se transformer spontanément en un noyau d'un isotope plus stable du
même élément, ou bien encore en un noyau d'un isotope plus d'un autre élément chimique.
En fonction de la nature du rayonnement émis, on peut distinguer :
- le rayonnement alpha (a)
- le rayonnement bêta - (b -)
- le rayonnement bêta + (b +)
- le rayonnement gamma (g)
Le rayonnement alpha (a) :
On observe l'émission d'un noyau d'hélium (constitué de deux neutrons et de deux protons). Il y a en parallèle émission d'un photon
g.
X : noyau père.
Y : noyau fils.
Le radium 226 ainsi que l'uranium 238 sont des émetteurs alpha.
Le rayonnement bêta moins (b -) :
Pour les noyaux instables présentant un excès de neutrons, on observe l'émission d'un électron e
- (ou négaton) et d'un antineutrino. Il y a en parallèle émission d'un photon
g. Un neutron se transforme en proton. Néanmoins, le noyau garde le même nombre de nucléons et donc la masse atomique ne change pas.
Le potassium 40 est un émetteur bêta moins. Ce type de radioactivité est la plus fréquente.
Le rayonnement bêta plus (b +) :
Pour les noyaux instables présentant un excès de protons, on observe l'émission d'un positon e
+ (encore appelé positon bêta ou anti-électron) et d'un neutrino. Il y a en parallèle émission d'un photon
g. Un proton se transforme en neutron. Néanmoins, le noyau garde le même nombre de nucléons et donc la masse atomique ne change pas. Le positon bêta étant une particule d'antimatière libérée dans un univers de matière, il disparaît rapidement en s’annihilant avec un électron, produisant ainsi deux photons.
L'iode 122 est un émetteur bêta plus.
Le rayonnement gamma (g) :
Les rayonnements
a et
b sont tous deux accompagnés de l’émission d’un rayonnement
g qui correspond à l’émission de photons de longueur d’onde dans le
vide comprise entre 10
-14 et 10
-12 m. La capture d'un neutron par un noyau est un autre type d'évènement entraînant un rayonnement de type gamma.
La décroissance radioactive :
Le nombre (dN) de désintégrations nucléaires spontanées qui se produisent dans une quantité donnée de matière, et ce en un temps infiniment petit (dt), est proportionnel au nombre d'atomes radioactifs présents (N) ainsi qu'à
la constante radioactive (
l, en s
-1) qui est caractéristique du radio-élément, et enfin, est fonction du temps (dt) :
donc :
Par intégration de cette équation, on détermine le nombre d'éléments radioactifs restant à un instant t, par rapport au nombre initial est donné :
No : nombre d'atomes radioactifs présents initialement.
Nt (ou N) : nombre d'atomes radioactifs présents à un instant t.
Le radio-élément (ou radio-nucléide) N est donc transformé en radio-nucléide "fils" (D) selon l'équation : N = N
o . e
(-l . t). Le radio-nucléide fils D apparaît conjointement à la dégradation radioactive du radio-nucléide N selon l'équation :
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D = No . ( 1 - e (-l . t) )
|
La décroissance radioactive
La période radioactive :
La période radioactive (T), encore appelée demi-vie (t
1/2) d'un radio-élément donné est le temps pour lequel la moitié des atomes initiaux disparaissent. C'est à dire le temps nécessaire pour que la moitié des atomes radioactifs présents initialement ait subi une désintégration.
Ainsi, au bout d'un temps T (période radioactive), on a donc :
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NT = No / 2 = No . e (-l . T)
|
L'activité d'un radio-élément :
L'activité (A) d'un radio-élément correspond au nombre de désintégrations qui se produisent par unité de temps (généralement la seconde), et ce, lorsque l'on considère une quantité donnée de ce radio-élément.
L'activité représente ainsi la vitesse de désintégration du radio-élément :
Il est à noter que l'activité d'un radio-élément diminue de moitié au bout d'une période radioactive (au bout d'un temps T).
L'unité dans laquelle s'exprime l'activité d'un radio-élément est
le Becquerel (Bq). 1 Bq = 1 désintégration par seconde (dps). Le Becquerel est l'Unité de radioactivité du Système International.
Une autre unité est utilisée : il s'agit du
Curie (Ci) : 1 Ci = 3,7 10
10 Bq (ce qui correspond à l'activité d'un gramme de radium).
Ainsi :
1 Bq = 1 désintégration par seconde = 2,7 . 10
-11 Ci = 27 pCi
1 Ci = 3,7 . 10
10 Bq = 37 GBq
1 mCi = 3,7 . 10
7 Bq = 37 MBq
1
mCi = 3.7 × 10
4 Bq = 37 kBq
