Radioactivité

Qu'est-ce que la chimie nucléaire ?

Noyaux atomiques

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 ?

Radionucléides

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

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 \( \alpha \)

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 :

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

Fig. 1- Une particule alpha est constituée de deux protons et de deux neutrons.

Radioactivité bêta

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 :

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

Fig. 2- L'émission d'un électron ou d'un positron constitue une désintégration bêta-moins ou bêta-plus.

Radioactivité Gamma \( \gamma \)

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.

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 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.

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.