Radioactivité et réactions nucléaires

Radioactivité et réactions nucléaires

La radioactivité mise en évidence par Becquerel puis expliquée par Marie Curie a fait entrer l’humanité dans l’ère de l’atome ou plus précisément celle du noyau.
Mais qu’est-ce que la radioactivité ? Comment obtient-on l’énergie “nucléaire” ?
Voici les questions auxquelles nous allons répondre.

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 = Z.mprotons + (A-Z).mneutrons - mnoyau
    Le défaut de masse est positif pour un noyau (mais peut être négatif pour une raction nucléaire)
  • 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, c’est la décroissance radioactive. Cette décroissance radioactive permet d’évaluer l’âge d’objet ancien.
    Par exemple, à partir de restes organiques par la datation au carbone 14.

Exemples d’activité par kg :

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

Εlibérée = 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
Εlibérée, 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 α : émission d’un noyau d’hélium   
    • Radioactivité β- : émission d’un électron
    • Radioactivité β+ : émission d’un positon ou positron

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

Author

Philippe

Posted on

2015-02-22

Updated on

2022-09-30

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