Radiation

Le rayonnement désigne la propagation de l'énergie par des ondes ou des particules à travers un milieu ou un vide, comme l'espace. Le rayonnement peut avoir deux sources, les ondes électromagnétiques ou les particules. Les ondes électromagnétiques sont des photons et couvrent un large éventail, des ondes radio aux rayons gamma. Le rayonnement par les particules est produit par des parties de l'atome qui s'en détachent lors d'un processus de désintégration.

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    Les rayonnements électromagnétiques ont une longueur d'onde associée. Les longueurs d'onde plus courtes ont plus d'énergie, et les grandes longueurs d'onde ont moins d'énergie.

    Exemples de rayonnements

    Voici quelques exemples de rayonnements et de l'énergie qui leur est associée :

    • Lalumière du soleil: le rayonnement électromagnétique est un large spectre. Une partie de ce spectre couvre ce que nous appelons la lumière visible (détectable par nos yeux). Elle a une énergie modérée.
    • Radio: les rayonnements de grande longueur d'onde permettent de communiquer sur de grandes distances. Les ondes radio ont une énergie plus faible que la lumière du soleil.
    • Micro-ondes : exemple de rayonnement de longueur d'onde moyenne, les micro-ondes sont utilisées pour les radars, les communications et la cuisine. Les micro-ondes ont également une énergie plus faible que la lumière du soleil.
    • Rayons X: les rayonnements à haute énergie et à très courte longueur d'onde sont utilisés en médecine pour voir à l'intérieur du corps.
    • Rayonnement de particules: les particules subatomiques éjectées d'un noyau atomique voyagent à grande vitesse et avec une grande énergie. Si elles ont suffisamment d'énergie, elles peuvent briser des atomes ou des liaisons chimiques.

    Comment se produisent les radiations ?

    Pour qu'un rayonnement se produise, il faut qu'un atome reçoive un excès d'énergie. L'énergie reçue modifie les particules et fait en sorte que l'atome émette des radiations. Les étapes pour qu'un rayonnement se produise lors de la libération d'un photon sont les suivantes :

    1. L'atome est dans un état non stable parce qu'il a un excès d'énergie. Cet excès est causé par un photon porteur d'énergie électromagnétique, qui percute un électron.
    2. L'état non stable est également appelé état "excité". Les atomes cherchent toujours à s'équilibrer en libérant tout excès d'énergie, dans ce cas, l'électron cherchera à libérer l'excès d'énergie.
    3. L'énergie excédentaire sera libérée sous forme d'ondes électromagnétiques (photons). L'énergie du photon libéré sera liée à l'orbite de l'électron qui a été excité.
    4. Le rayonnement émis sous forme de photons est une onde électromagnétique et sa fréquence sera liée à l'énergie libérée. Une plus grande énergie libérée correspondra à une plus grande fréquence.

    Les atomes émettent également des rayonnements sous forme de particules telles que les neutrons, les particules alpha et les particules bêta. Le processus au cours duquel le rayonnement est libéré est connu sous le nom de désintégration radioactive. Dans ce cas, les forces qui maintiennent l'atome ensemble sont déséquilibrées et l'atome libère des particules en quête de stabilité. L'énergie cinétique des particules est liée à leur énergie.

    Rayonnement. Libération d'énergie et de particules. StudySmarter

    Figure 1. Les différentes façons dont les radiations peuvent se produire. Source : Manuel R. Camacho, StudySmarter.

    Comment fonctionne le rayonnement ?

    Le rayonnement est une forme d'énergie - une onde ou une particule avec une charge se déplaçant à une certaine vitesse. En tant que forme d'énergie, il peut injecter de l'énergie dans un atome, le briser ou déplacer ses particules. Le rayonnement peut également provenir d'un atome non stable, comme dans les exemples suivants :

    • Une onde électromagnétique qui injecte de l'énergie dans un électron se déplaçant autour d'un atome, modifiant ainsi son mouvement.
    • L'impact entre un électron se déplaçant rapidement et un atome, ce qui a pour effet de pousser un électron vers l'extérieur.
    • Un atome avec un grand nombre de particules en son centre, qui se désagrège et libère de l'énergie.

    Il existe plusieurs types de rayonnements, plusieurs sources de rayonnements et également de nombreuses utilisations des rayonnements.

    Classification du rayonnement par ondes électromagnétiques

    Le rayonnement parondes électromagnétiques peut être classé de plusieurs façons en considérant sa longueur d'onde, son énergie ou sa source.

    L'une des caractéristiques du rayonnement est salongueur d'onde. Les longueurs d'onde plus courtes contiennent plus d'énergie, tandis que les longueurs d'onde plus longues en contiennent moins. Le rayonnement des ondes électromagnétiques porte différents noms, en fonction de sa longueur d'onde, comme le montre l'illustration ci-dessous.

    Rayonnement. Longueur d'onde. StudySmarter

    Figure 2. Longueurs d'onde approximatives de plusieurs types de rayonnements électromagnétiques. Source : Manuel R. Camacho, StudySmarter.

    Les rayonnements peuvent être ionisants ou non ionisants. Cela dépend de la quantité d'énergie que le rayonnement possède.

    • Ionisant : si le rayonnement peut modifier la structure atomique en déplaçant des électrons ou des particules hors de l'atome, on parle de rayonnement ionisant.
    • Non ionisant : si le rayonnement ne peut pas modifier la structure atomique mais peut faire bouger les électrons vers le haut ou vers le bas, on parle de rayonnement non ionisant.

    Les ondes radio sont un exemple de rayonnement non ionisant, tandis que les rayons UV du soleil et les rayons X sont tous deux des types de rayonnement ionisant.

    Les rayonnements sont également classés en ondes ou en particules, selon l'élément qui transporte l'énergie.

    • Ondes: elles appartiennent au spectre électromagnétique et vont des ondes radio à la lumière visible en passant par les rayons gamma très énergétiques produits par les étoiles lointaines.
    • Particules: l'autre source de rayonnement est constituée par les particules, qui sont arrachées aux atomes par d'autres particules. Cette forme de rayonnement se compose d'électrons, de neutrons et de protons qui s'envolent à grande vitesse.

    Sources de rayonnement

    Les rayonnements peuvent provenir de sources naturelles ou de sources artificielles créées par des applications technologiques.

    Les sources naturelles comprennent les rayonnements qui atteignent la terre à partir du soleil et des étoiles et les rayonnements libérés par la désintégration naturelle des atomes de la croûte terrestre ou même des êtres vivants.

    Les sources artificielles comprennent les systèmes radar, les micro-ondes, les sources d'éclairage, les appareils de chauffage (rayonnement thermique), les téléviseurs, l'Internet sans fil et les appareils de télécommunication (y compris les téléphones portables), de nombreux isotopes à courte durée de vie créés artificiellement et utilisés en médecine, et bien d'autres sources.

    Noyaux instables et désintégration des atomes

    Les noyaux atomiques sont une source de rayonnement, qui se produit lorsqu'un atome se brise. Pour qu'un atome se brise, il doit être instable, et lorsqu'il se brise, il devient généralement un élément plus léger et plus stable.

    Certains éléments sont très stables et peuvent rester inchangés pendant des milliards d'années. D'autres ne durent que quelques secondes.

    L'uranium possède un grand nombre de protons, d'électrons et de neutrons, ce qui en fait un élément lourd. L'uranium 238 a 92 protons et 146 neutrons dans le noyau et 92 électrons qui se déplacent autour de lui. L'uranium 238 a suffisamment de protons pour être instable et se désintégrer avec le temps. Lorsque cela se produit, il libère deux protons et deux neutrons collés ensemble, ce qui le transforme en thorium 234.

    Les deux protons et les deux électrons collés ensemble sont appelés particules alpha, qui ont le symbole suivant : \(^{4}_{2}He\).

    La désintégration génère également de l'énergie sous forme d'ondes électromagnétiques. La particule alpha libérée et les ondes constituent le rayonnement qui en résulte. La réaction générale est la suivante :

    \(238 U \rightarrow 234 Th + ^{4}_{2}He + énergie\)

    Utilisations des rayonnements

    Les rayonnements ont de nombreuses utilisations, notamment la médecine, les communications, la stérilisation et la production d'énergie.

    • Médecine: la radiothérapie consiste à utiliser des doses ciblées de rayonnement pour tuer les cellules tumorales des patients.
    • Aviation: les radars utilisent des radiations électromagnétiques pour détecter les avions. Le radar permet de suivre, de détecter et de diriger le trafic aérien au-dessus d'un territoire donné.
    • Micro-ondes: elles utilisent des rayonnements pour induire des vibrations sur les molécules d'eau. Plus elles bougent, plus elles produisent de la chaleur.
    • Tests de dépistage médical: Les IRM utilisent des ondes radio pour produire des images détaillées des structures à l'intérieur du corps humain. Le scanner et les rayons X utilisent le même principe, mais leurs photons ont une énergie plus élevée.
    • Énergie: les rayonnements sont utilisés dans les réacteurs à fission pour produire de l'énergie.
    • Communication: les communications par téléphone portable et par satellite utilisent les ondes radio pour transmettre des données.
    • Stérilisation: les rayonnements sont utilisés dans plusieurs industries pour tuer les germes et les insectes.

    Radiation. Radiothérapie. StudySmarter

    Figure 3. Radiothérapie est utilisée pour traiter le cancer.

    Rayonnement - Points clés

    • Le rayonnement est l'émission d'énergie électromagnétique par des ondes ou des particules à partir d'un atome.
    • Les rayonnements sont classés en fonction de leur source, de leur longueur d'onde et de leur énergie.
    • Les rayonnements ont de nombreuses utilisations qui vont de la médecine à l'énergie en passant par les appareils de communication.
    • La lumière du soleil est une forme de rayonnement électromagnétique perçue par nos yeux.
    • Les noyaux instables peuvent émettre des radiations lorsqu'ils expulsent de l'énergie et des particules.
    Questions fréquemment posées en Radiation
    Qu'est-ce que la radiation en physique ?
    La radiation en physique est le transfert d'énergie sous forme de vagues ou de particules à travers l'espace ou un matériau.
    Quels sont les types de radiation ?
    Les types de radiation incluent les ondes électromagnétiques (comme la lumière visible et les rayons X) et les radiations particulaires (comme les électrons et les neutrons).
    Comment la radiation affecte-t-elle le corps humain ?
    L'exposition à la radiation peut endommager les cellules, causant des brûlures, des maladies et augmentant le risque de cancer.
    Comment peut-on se protéger contre la radiation ?
    On peut se protéger contre la radiation en utilisant des écrans protecteurs, en limitant le temps d'exposition et en augmentant la distance de la source.

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    Qu'est-ce que le rayonnement ?

    Lesquelles de ces sources sont des sources naturelles de rayonnement ?

    Qu'est-ce que les rayonnements ionisants ?

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