I La radioactivité est une réaction nucléaire au cours de laquelle un noyau radioactif instable, appelé noyau père, se désintègre spontanément en un noyau plus léger, appelé noyau fils, en émettant une petite particule et en libérant de l’énergie. Lorsque les isotopes radioactifs se trouvent dans la nature alors la radioactivité est naturelle. Exemples : uranium, thorium, radon, carbone 14 Lorsque les isotopes radioactifs sont produits par des centrales nucléaires ou des accélérateurs de particules alors la radioactivité est artificielle. Exemples : Césium 137 , Fluor 18 ... Rappels : Un atome est constitué d’un noyau et d’un nuage électronique. Le noyau d’un atome est composé de nucléons : les protons et les neutrons. Le nombre de nucléons est noté A : c’est le nombre de masse. Le nombre de protons est noté Z : c’est le numéro atomique. La différence A – Z donne le nombre de neutrons dans le noyau. Des noyaux isotopes possèdent le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons donc pas le même nombre de neutrons. Exemple:12 C 6 et 13 C 6 sont deux isotopes du carbone. II Toute réaction nucléaire vérifie la conservation des charges (Z) et la conservation des nucléons (A) . Type: A particule émise:noyau hélium symbole:4 He 2 charge: 2e équation et commentaires: A A-4 4 X--> Y + HE le noyau père éjecte un noyau d’hélium Z Z-2 2 Exemple : 235 231 4 U --> TH + HE 92 90 2 Type :β – particule émise: électron symbole :0 e -1 charge : -e équation et commentaires: A A 0 X --> Y + e Z Z+1 -1 le noyau père éjecte un électron exemple 14 14 0 C --> N + e 6 7 -1 Type:β + particule émise: positon symbole: 0 e 1 charge: e équation et commentaires: A A 0 X --> Y + e Z Z-1 1 le noyau père éjecte un positon Exemple : 15 15 0 O --> N + e 8 7 1 Type:γ particule émise:photon symbole:γ charge:0 équation et commentaires: Lors d’une désintégration α , β – ou β + , le noyau fils est souvent dans un état excité : Y* . Ce noyau se désexcite en émettant un rayonnement γ : Y* --> Y + γ L’énergie d’un photon s’écrit : E = h f= hc/λ avec E : énergie des photons en J h = 6,63 . 10-34 Js : constante de Planck f : fréquence de l’onde électromagnétique en Hz c = 3,00 . 108 m/s : vitesse de la lumière dans le vide III Dans un échantillon, le nombre de noyaux radioactifs d’un élément chimique diminue au cours du temps : -λt N ( t )=N *e 0 - N0 le nombre de noyaux de l’isotope à t = 0 - λ la constante radioactive de l’isotope en s-1 La demi-vie T1/2 du noyau radioactif est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux de l’isotope s’est désintégrée T1/2 = Ln2/λ La demi-vie ne dépend que de la nature du noyau radioactif. L’activité A d’une source radioactive est le nombre de désintégrations de noyaux radioactifs par seconde qui se produisent. Elle s’exprime en becquerel, de symbole Bq (1 Bq = 1 désintégration par seconde). L’évolution de l’activité A suit la -λt relation : A ( t ) = A *e 0 avec A0 l’activité initiale de l’échantillon radioactif. IV La fission nucléaire est, sous l’impact d’un projectile ( souvent un neutron ), la rupture d’un noyau lourd en deux noyaux plus légers, avec émission de neutrons et libération d’énergie. La fusion nucléaire est la réunion de deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd, avec libération d’énergie. Défaut de masse lors d’une réaction nucléaire Δ m = M produits - M reactif m réactifs la masse totale des réactifs en kg m produits la masse totale des produits formés en kg Δ m la valeur du défaut de masse en k Energie libérée lors d’une réaction nucléaire E lib = ǀΔ m ǀ x c2 avec E lib, l’énergie libérée en J Δ m, le défaut de masse en kg c , la célérité de la lumière dans le vide ou dans l’air, c = 3,00 x108 m.s-1 Autre unité de Elib : 1 MeV = 1,6 x 10-13