Radioactivité et réactions nucléaires [cohésion et transformation de la matière]

1. Radioactivité ″″

Isotopie : Deux noyaux isotopes ont le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents :

              et   avec Z : nombre de protons et A ≠ A’ : nombres de nucléons

Défaut de masse : Le défaut de masse d’un noyau est la différence entre la masse des nucléons isolés et au repos, et la masse du noyau au repos.

Défaut de masse d’un noyau = [Zm_protons + (A-Z)m_neutrons] – m_noyau

Le défaut de masse est positif

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Radioactivité : Un noyau radioactif est un noyau instable. La radioactivité est la manifestation spontanée d’une réaction nucléaire au cours de laquelle un noyau radioactif se désintègre. La radioactivité est dite naturelle lorsque les noyaux instables existent dans la nature, elle est dite artificielle lorsqu’ils sont créés en laboratoire.

Activité et décroissance radioactive : L’activité A d’un échantillon radioactif est le nombre moyen de désintégration qu’il produit par seconde. A s’exprime en becquerel (Bq). L’activité diminue au cours du temps.

Source	Activité (Bq) par kg
Pomme de Terre	150
Terre	500 à 5000
Homme	100
Uranium (centrale nucléaire)	108
Isotopes utilisés en médecine nucléaire	106 à 109

 

2. Réactions nucléaires

Lois de conservations : Lors d’une réaction nucléaire, il y a conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons.

Bilan d’énergie :

Les réactions nucléaires spontanées, les réactions de fission et de fusion nucléaires s’accompagnent d’une perte de masse et d’une libération d’énergie donnée par la relation suivante :

Ε_libérée = |Δm| x C²

avec Δm = [masse finale – masse initiale] < 0 en kilogramme (kg)

C = 3,00.10⁸ m.s^-1, vitesse de propagation de la lumière dans le vide

Ε_libérée, énergie libérée en joule (J)

Les unités utilisées :

l’électronvolt 1 eV = 1,602.10^-19 J ; l’unité de masse atomique 1 u = 1,66054.10^-27 kg

 

Réactions nucléaires provoquées

La fission est une réaction nucléaire au cours de laquelle un noyau lourd, dit fissile, est scindé en deux noyaux plus légers sous l’impact d’un neutron.

 

La fusion est une réaction nucléaire au cours de laquelle deux noyaux légers s’unissent pour donner un noyau plus lourd.

             

Réactions nucléaires spontanées

Radioactivité  : émission d’un noyau d’hélium

    à     +   

Radioactivité β^– : émission d’un électron

à     + ⁰_-1e

Radioactivité β⁺ : émission d’un positon

^A_ZX à ^A_Z-1Y +

Rq : à la suite d’une désintégration radioactive, les noyaux peuvent perdre leur surplus d’énergie sous forma d’un rayonnement électromagnétique gamma g

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