Radioactivité

Tout ce que tu touches est constitué d'atomes. En fait, les atomes sont les éléments constitutifs de toute la matière dans l'univers entier. Ils peuvent contenir trois principaux types de particules subatomiques, les protons, les neutrons et les électrons.

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    Tous les éléments chimiques du tableau périodique sont classés en fonction du nombre de protons présents dans les noyaux atomiques. Certains de ces noyaux atomiques sont intrinsèquement instables. Ce sont les isotopes radioactifs. Les atomes radioactifs sont instables, car ils ont un excès d'énergie interne dans leur noyau. Avec le temps, ils subissent spontanément un processus appelé désintégration radioactive pour se transformer en une forme plus stable. Sais-tu par exemple que les alarmes incendie détectent la fumée par l'interception de faisceaux de radiations atomiques ?

    Alors, sautons directement dans le monde de la radioactivité.

    • Dans ce résumé de cours, nous allons d'abord définir la chimie nucléaire et les noyaux atomiques.
    • Ensuite, nous examinerons la radioactivité, les radionucléides et les radio-isotopes.
    • Puis, nous étudierons ce qu'est la désintégration radioactive.
    • Nous apprendrons ensuite quels sont les types de radioactivité.
    • Nous comprendrons également la demi-vie d'un isotope radioactif.
    • Enfin, nous examinerons les effets indésirables des radiations nucléaires.

    Qu'est-ce que la chimie nucléaire ?

    La chimie nucléaire est l'étude des propriétés physiques et chimiques des éléments qui sont influencés par des changements dans la structure du noyau atomique. Elle traite également de l'énergie libérée par les réactions nucléaires et de son utilisation.

    Noyaux atomiques

    Les noyaux atomiques sont le centre dense et chargé positivement de l'atome. Un noyau atomique est composé de protons chargés positivement et de neutrons à charge neutre.

    Le nombre de protons détermine l'élément de l'atome tandis que le nombre combiné de protons et de neutrons détermine le nombre de masse, et donc l'isotope, de l'atome. Par exemple, le carbone \( 14 \) contient six protons et huit neutrons dans le noyau. Les six protons désignent l'atome comme étant du carbone, tandis que le nombre total de protons et de neutrons détermine que l'atome a un numéro de masse de \( 14 \) .

    Qu'est-ce qu'est la radioactivité ?

    La radioactivité est le processus naturel par lequel certains atomes se désintègrent spontanément, émettant à la fois des particules et de l'énergie en se transformant en différents atomes plus stables.

    Radionucléides

    Les radionucléides sont des éléments instables qui produisent des radiations lorsqu'ils sont dégradés pour devenir plus stables.

    Les radionucléides peuvent être trouvés dans la nature ou fabriqués chimiquement en laboratoire. Comme le nombre de neutrons dans un atome est supérieur au nombre de protons, les radionucléides ont une énergie déséquilibrée en eux. Cet état rend l'atome de l'élément radioactif instable, et il est prévu qu'il se désintègre ou émette des radiations pour devenir plus stable.

    Radio-isotopes

    Les différents noyaux radioactifs se désintègrent à des vitesses différentes, même entre les différents isotopes d'un même élément. Un isotope peut même être stable, tandis qu'un autre isotope du même élément est radioactif. Les éléments plus massifs ont tendance à être plus radioactifs, car leurs noyaux plus gros sont plus susceptibles d'avoir un excès instable d'énergie interne.

    Désintégration radioactive

    La désintégration radioactive est un processus aléatoire par lequel des atomes instables (avec un excès de particules et/ou d'énergie) émettent des rayonnements pour atteindre la stabilité.

    Un excès de neutrons et de protons peut provoquer cette instabilité, qui conduit à l'émission de particules alpha, de particules bêta ou de photons de haute énergie (rayonnement gamma). Un atome subit des processus de désintégration jusqu'à ce qu'il atteigne une forme stable où il n'y a plus d'émission de rayonnement.

    Comment mesurer la radioactivité ?

    Nous pouvons mesurer l'activité des sources radioactives à l'aide d'un tube de Geiger-Muller relié à un compteur.

    La radioactivité est mesurée par le taux de comptage, c'est-à-dire le nombre de désintégrations détectées par seconde.

    L'unité standard d'activité est le becquerel \( (Bq) \) . Ainsi, une source qui produit \( 10 \) désintégrations par seconde aura un taux de comptage de \( 10 \ Bq \) .

    Lorsqu'un isotope radioactif se désintègre, il émet un produit radioactif, généralement une particule alpha, une particule bêta ou une onde gamma.

    Chaque fois qu'un de ces produits de désintégration radioactive pénètre dans le tube Geiger-Muller, le compteur émet un clic et le taux de comptage est affiché à l'opérateur.

    Quels sont les types de radioactivité ?

    Il existe plusieurs types de désintégration en fonction des particules émises.

    Nous les décrivons ci-dessous : désintégration alpha, désintégration bêta et rayonnement gamma.

    Radioactivité alpha \( \alpha \)

    La radioactivité alpha est le processus par lequel une particule alpha est émise par un noyau instable. Comme une particule alpha est constituée de deux protons et de deux neutrons, le nombre de protons du noyau principal est diminué de deux, tandis que le nombre de nucléons (la somme des neutrons et des protons) est diminué de quatre.

    Une particule alpha possède un noyau d'hélium composé de deux protons et de deux neutrons.

    Les particules alpha sont assez lourdes et ne se déplacent que de quelques centimètres. Les particules alpha ne sont pas non plus très dangereuses, car elles peuvent être facilement arrêtées par une feuille de papier ou de plastique.

    Voici la forme générale d'une équation de désintégration alpha :

    $$ ^{A} _{Z}X \rightarrow ^{A-4} _{Z-2}Y + ^{4} _{2} \alpha $$

    Radioactivité, Une particule alpha, StudySmarterFig. 1- Une particule alpha est constituée de deux protons et de deux neutrons.

    Radioactivité bêta

    La radioactivité bêta est le processus par lequel une particule bêta est émise par le noyau. Une particule bêta peut être un électron ou un positron.

    Les particules bêta ont plus d'énergie que le rayonnement alpha, et elles se déplacent sur de plus longues distances que les particules alpha. Les particules bêta peuvent être retenues par une fine feuille de métal ou par des vêtements de protection.

    Radioactivité bêta moins \( \beta ^{-} \)

    Si la particule émise est un électron, le nombre de protons augmente d'un, et le processus de désintégration est appelé désintégration bêta moins \( ( \beta ^{-}) \) . L'équation simplifiée est la suivante :

    $$ ^{A} _{Z}X \rightarrow ^{A} _ {Z+1}Y + e^{-} $$

    Radioactivité Bêta plus \( \beta ^{+} \)

    Si la particule émise est un positron, le nombre de protons diminue d'un, et le processus de désintégration est appelé désintégration bêta plus \( \beta ^{+} \) . L'équation simplifiée est la suivante :

    $$ ^{A} _{Z}X \rightarrow ^{A} _ {Z-1}Y + e^{+} $$

    Radioactivité,  Une désintégration bêta-moins ou bêta-plus, StudySmarterFig. 2- L'émission d'un électron ou d'un positron constitue une désintégration bêta-moins ou bêta-plus.

    Radioactivité Gamma \( \gamma \)

    La radioactivité gamma est un flux de rayonnement électromagnétique de haute énergie émis par un noyau atomique en cours de désintégration radioactive.

    Les rayons gamma sont de loin les plus dangereux. Après l'émission de particules alpha et bêta, si le noyau est encore à un état d'énergie élevé et doit retourner à un état d'énergie stable plus bas, alors des rayons gamma, une forme de rayonnement lumineux de haute énergie, sont libérés.

    Un noyau peut subir ces processus spontanément. Mais combien de temps faut-il à l'élément instable pour atteindre la stabilité ? La réponse à cette question peut varier selon les éléments, car cela peut prendre des secondes, des semaines, des mois, des années, voire des siècles.

    Radioactivité, Rayons gamma, StudySmarter Fig. 3- Les rayons gamma ont la plus petite longueur d'onde et l'énergie la plus élevée de toutes les ondes du spectre électromagnétique.

    La demi-vie d'un isotope radioactif

    Un concept important pour comprendre la désintégration radioactive est la demi-vie d'un isotope radioactif.

    La demi-vie d'un isotope radioactif est définie comme le temps nécessaire pour que la moitié des isotopes présents dans un échantillon se désintègrent.

    La demi-vie peut également être décrite comme le temps nécessaire pour que le taux de comptage de l'échantillon soit réduit de moitié par rapport à son niveau initial. Tu te demandes peut-être pourquoi il est important d'apprendre la demi-vie. La réponse est que la désintégration radioactive est aléatoire.

    Imagine que tu étudies un seul noyau instable de Bismuth- \( 210 \) . Il serait impossible de déterminer quand il se désintégrera en raison de la nature aléatoire de la désintégration radioactive. Cependant, si tu disposais d'un bloc de \( 1 \ kg \) de matière radioactive contenant environ \( 1025 \) atomes de Bismuth- \( 210 \) , tu pourrais être presque certain que certains des isotopes radioactifs se désintégreront. S'il faut cinq jours pour que le taux de comptage de l'échantillon soit divisé par deux, tu sais alors que la demi-vie du Bismuth- \( 210 \) est de cinq jours.

    Radiations : Effets indésirables sur l'humain

    Les effets indésirables causés par l'exposition aux radiations sont :

    • Les radiations peuvent causer des dommages aux \( l'ADN \) des cellules.

    • Les radiations peuvent provoquer des brûlures aiguës de la peau.

    • Les radiations sont capables de provoquer des effets létaux à long terme tels que le cancer et les maladies cardiovasculaires.

    • Le syndrome d'irradiation aiguë ou les lésions cutanées dues aux radiations sont les principaux effets indésirables causés par l'exposition aux radiations.

    • Les radiations peuvent également provoquer des diarrhées, la perte de cheveux, des nausées et des selles avec des saignements.

    Radioactivité - Points clés

    • Les atomes contiennent trois types différents de particules subatomiques, les protons, les neutrons et les électrons.
    • Certains noyaux atomiques sont intrinsèquement instables en raison d'un excès d'énergie dans le noyau. Ce sont les radio-isotopes. Ils vont subir un processus appelé désintégration radioactive pour se transformer en une forme plus stable.
    • La radioactivité peut être mesurée à l'aide d'un tube de Geiger-Muller. L'activité est mesurée en taux de comptage, et l'unité du taux de comptage est le Becquerel \( (Bq) \) .
    • Les noyaux radioactifs peuvent émettre plusieurs types de rayonnements aux propriétés et caractéristiques différentes.
    • Les particules alpha sont constituées de deux protons et de deux neutrons.
    • Une particule bêta est l'émission d'un électron ou d'un positron par un noyau.
    • Les rayons gamma ont la plus petite longueur d'onde, mais la plus grande quantité d'énergie parmi toutes les ondes du spectre électromagnétique.
    • La demi-vie d'un isotope est le temps moyen nécessaire pour que nombre des noyaux instables se divisent en deux.
    • Le dommage \( d'ADN \) des cellules est un exemple d'effets des radiations.
    Questions fréquemment posées en Radioactivité

    Quels sont les effets de la radioactivité sur l'homme ? 

    Les effets de la radioactivité sur l'homme sont :

    • Endommager l'ADN des cellules.
    • Provoquer le syndrome d'irradiation aiguë ou des lésions cutanées dues aux rayonnements .
    • Entraîner un cancer plus tard dans la vie.

    Quels sont les trois types de radioactivité ? 

    Les trois types de radioactivité sont :

    les particules alpha, les particules bêta et les rayons gamma

    Comment se protéger explosion nucléaire ? 

    Pour protéger d'explosion nucléaire, mets-toi à l'abri du souffle derrière tout ce qui peut te protéger. Si tu es à l'extérieur, allonge-toi sur le ventre pour protéger ta peau exposée à la chaleur et aux débris volants. Une fois l'onde de choc passée, rentre dans le bâtiment le plus proche le plus rapidement possible.  

    Comment savoir si on a été irradié ? 

    Pour savoir si on a été irradié, il suffit de remarquer les symptômes suivants :

    • Nausées et vomissements ;
    • Diarrhée ;
    • Maux de tête ;
    • Fièvre ;
    • Vertiges et désorientation ;
    • Faiblesse et fatigue ; 
    • Perte de cheveux ;
    • Vomissements et selles sanglants dus à une hémorragie interne ;
    • Infections ;
    • Faible pression sanguine.

    Teste tes connaissances avec des questions à choix multiples

    Un atome instable est un atome avec un excès de particules et/ou d'énergie.

    Donne deux types de processus de désintégration qui émettent des particules massives.

    Combien de types de désintégration bêta existe-t-il ?

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