Radioactivité

Légende alternative :

des particules Dangereuses car très ionisantes; une feuille de papier les arrête. Une feuille d'aluminium les arrête; se propagent peu dans l'air. Particules rapidement absorbées. Diagramme (N,Z) : Le diagramme (N, Z) indique pour chaque élément chimique les isotopes stables et ceux qui sont radioactifs. Le nombre de neutrons N est porté en abscisse et le nombre de protons Z est porté en ordonnée. Pour les isotopes radioactifs, le type de radioactivité associée (ß-, B+ ou a) est indiqué dans chaque case. Tous les isotopes d'un élément se trouvent sur une même ligne. nombre de protons (Z) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 O O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 dN dt 100 radioactivité a radioactivité B radioactivité B* = -λ.N(t) autre réaction noyau stable Les noyaux avec un excès de neutrons sont radioactifs ß et ceux avec un excès de protons sont radioactifs ß+. Les noyaux lourds avec un excès de nucléons sont radioactifs a. 110 120 130 Loi de décroissance radioactive : Définition : Le nombre N(t) de noyaux radioactifs d'un échantillon diminue au cours du temps. Pendant une durée At, la variation AN(t) est à la fois proportionnelle à la durée et au nombre de noyaux encore présents N(t): N(t) = No e noyau instable |AN (t) = 2 N(t). |At| Le coefficient de proportionnalité est appelé constante radioactive. Elle est caractéristique du noyau radioactif, et s'exprime en s-¹. -λt nombre de neutrons (N=A-Z) Toutefois, AN (t) < 0 et At > 0; on peut écrire : AN(t) = N(t). At. En considérant une variation infinitésimale du temps, on obtient dN (t) = -1 N(t). dt ou : L'équation établie est une équation différentielle du premier ordre. Sa résolution² nous fournit l'évolution temporelle de la population de noyaux radioactifs. L'évolution au cours du temps du nombre N(t) de noyaux radioactifs d'un échantillon peut donc être modélisée par la loi de décroissance radioactive : 2 Les solutions de cette équation s'écrivent sous la forme : N(t) = K e-t. On retrouve K à partir des conditions initiales : à t = 0, N(t = 0) = No donc K = No. Demi-vie : La demi-vie, notée ty, est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs initialement présents se sont désintégrés. On peut relier la demi-vie à la constante radioactive : No N (t½/₂) ⇒ No.e-at₁/2 = Oe-lt No 2 2 On obtient : In 2 t₁/2 = λ 1 = ⇒ −λt₁/2 = ln = − In 2 1 2 On peut aussi déterminer la demi-vie d'un noyau radioactif à partir de la courbe de décroissance radioactive. No dN dt No No 8 AN 0 Les radioéléments artificiels (radioactivité ß*) sont à la base de la médecine nucléaire mais on utilise aussi la radioactivité p et y en radiothérapie³. Ceux-ci ont une demi-vie très courte (quelques heures à quelques jours) notamment lors de leur application en scintigraphie4. N Applications et radioprotection : Activité d'un échantillon : L'activité d'un échantillon radioactif correspond au nombre de désintégrations radioactives par seconde ayant lieu dans l'échantillon. Elle se note A. Son unité est le becquerel (Bq); un becquerel est égal à une désintégration radioactive par seconde. t12 2tv2 3tv2 L'évolution au cours du temps de l'activité A(t) peut être modélisée par la loi de décroissance radioactive: A(t) = Ao e-at NB : on retrouve cette formule grâce à la relation : A(t) Datation d'un objet : Elle consiste à déterminer l'âge t d'un échantillon radioactif en mesurant l'activité A à la date t et en connaissant la constante radioactive du noyau. Par exemple, la mesure de l'activité du carbone 14 d'un échantillon est utilisée en archéologie pour évaluer l'âge d'objets fabriqués à partir de matière organique. Médecine et radioprotection : Les personnes susceptibles d'être exposées aux radiations, appelées aussi rayonnement ionisant, portent des tenues adaptées au risque encouru: combinaisons, gants, surchaussures, masque, tablier plombé. 3 Méthode de traitement thérapeutique des cancers par des rayonnements ionisants dans le but de détruire les cellules cancéreuses. Elle comporte des risques puisque dangereuse pour les cellules somatiques saines. 4 Méthode d'imagerie médicale utilisant des traceurs radioactifs permettant d'explorer des organes et diagnostiquer des maladies. On utilise des éléments radioactifs tels que le technétium 99m, l'iode 131 ou le thallium 201.