La radioactivité

 
La radioactivité est un phénomène physique et spontané par lequel des noyaux atomiques instables dégagent de l’énergie sous forme de rayonnements divers (électromagnétiques dans la plupart des cas). La radioactivité influe sur les matières qu’elle traverse en produisant des ionisations (réaction dans laquelle un ou plusieurs électrons sont soit captés, soit arrachés à un atome). Ces rayonnements ionisants, lorsqu’ils sont maîtrisés, ont beaucoup d’usages  bénéfiques (dans les domaines de la santé, de l’industrie…) mais ils sont également potentiellement nocifs à la longue, et mortels en cas de dose trop élevée.
Ainsi, dans la nature, la plupart des éléments sont stables, mais certains ont des protons ou des neutrons en trop : ils sont instables, et ne peuvent rester comme cela. De ce fait, ils se désintègrent (par exemple, l'uranium 238 se transforme en plomb 206).

D’après la loi de conservation de Soddy Lors d'une désintégration nucléaire, il y a conservation du nombre de charge Z et du nombre de nucléons A
La désintégration d'un noyau X (appelé noyau père) conduit à un noyau Y (appelé noyau fils) et à l'expulsion d'une particule P (particule α ou β).
Nous pouvons distinguer 3 types de radioactivité :

Emissions Alpha : Ces émissions concernent les noyaux lourds et massifs qui comportent un trop grand nombre de nucléons. Il se passe alors une désintégration dans laquelle une particule α est émise. Cette particule est un noyau d’hélium.
          Voici le mécanisme général de cette désintégration

Emissions Bêta- : Ces émissions concernent les noyaux ayant trop de neutrons par rapport au nombre de protons. Un neutron du noyau se désintègre en un proton alors qu’un  électron e^- et un antineutrino sont émis hors du noyau. D’après la loi de Soddy, Voici le mécanisme de la désintégration :

Emissions Bêta+ : Ces émissions concernent les noyaux ayant trop de protons par rapport aux protons. Alors, on observe l’émission d’un positon e⁺ et d’un neutrino. Il y a également un proton qui se transforme en neutron. Néanmoins, le noyau garde le même nombre de nucléons donc la même masse atomique.

 De plus, ces émissions de particules s’accompagnent parfois d’une émission de rayons gamma (onde électromagnétique très énergétique)

 Le mécanisme de désintégration est le suivant : 

Radioactivité Gamma

Elle accompagne les 3 autres types de radioactivité. Quand le noyau fils est émis, il peut être dans un état excité. Si c’est le cas, il va libérer son trop plein d’énergie sous forme d’un rayonnement électromagnétique de type Gamma.

Unité et activité d’un échantillon

Tous les noyaux d’un échantillon radioactifs ne se désintègrent pas en même temps. L’activité d’un échantillon est notée A où A correspond au nombre de désintégration par seconde. A est exprimé en Becquerel (Bq). L’activité dépend du nombre de noyaux donc de la masse de l’échantillon.

On utilise également le Gray (Gy) pour mesurer l’énergie absorbée par le milieu.

Les effets biologiques des rayonnements sur un organisme vivant exposé se mesurent en sievert (Sv). L’unité la plus courante est le milli sievert (mSv).

 Déssin expliquant les différentes untités de la radioactivité

La demi-vie

La demi-vie correspond à la durée au bout de laquelle l’activité d’un échantillon est divisée par 2. Cela correspond également à la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux d’un échantillon se sont désintégrés.

Par exemple la demi-vie de l’uranium 238 est de 4.5 milliard d’années. Cela veut dire qu’au bout de 4.5 milliards d’années la moitié des noyaux de cet échantillon d’uranium se seront désintégrés, 4.5 milliards d’années plus tard il ne restera plus qu’un quart de l’échantillon, puis plus qu’un huitième etc...  

La radioactivité est, donc, un phénomène complexe ayant un rôle prépondérant dans le mécanisme de l'énergie nucléaire. La radioactivité peut également être dangereuse, comme nous le verrons par la suite.