L’essentiel
La radioactivité est la transformation spontanée d’un noyau atomique instable en un autre noyau, avec émission d’une particule et souvent d’un rayonnement gamma. On distingue la radioactivité alpha, bêta moins et bêta plus. Les équations conservent le nombre de masse A et le nombre de charge Z. Ce phénomène est aléatoire pour chaque noyau.
Radioactivité : la définition
Le noyau d’un atome contient des protons et des neutrons. Certaines combinaisons sont instables : le noyau se transforme alors spontanément. Cette désintégration est la radioactivité.
Henri Becquerel la découvre en 1896 en observant que des sels d’uranium impressionnent une plaque photographique. Marie Curie forge le mot « radioactivité » et découvre avec Pierre Curie le polonium et le radium en 1898. Les trois partagent le prix Nobel de physique en 1903.
Astuce : Un noyau s’écrit avec A, le nombre de nucléons, en haut à gauche et Z, le nombre de protons, en bas à gauche : ²³⁸₉₂U a A = 238 et Z = 92. Deux isotopes ont le même Z, mais pas le même A.
Les types de radioactivité : alpha, bêta, gamma
| Type | Particule émise | Effet sur le noyau | Arrêté par |
|---|---|---|---|
| Alpha (α) | Noyau d’hélium ⁴₂He | A baisse de 4, Z baisse de 2 | Une feuille de papier |
| Bêta moins (β⁻) | Électron ⁰₋₁e | A inchangé, Z augmente de 1 | Quelques millimètres d’aluminium |
| Bêta plus (β⁺) | Positon ⁰₊₁e | A inchangé, Z baisse de 1 | Quelques millimètres d’aluminium |
| Gamma (γ) | Photon très énergétique | A et Z inchangés | Plusieurs centimètres de plomb ou une épaisseur de béton |
Écrire une équation de désintégration
Pour trouver un noyau inconnu, calcule son A et son Z, puis cherche dans le tableau périodique l’élément qui a ce numéro atomique.
Dans une équation nucléaire, la somme des A et la somme des Z sont les mêmes des deux côtés.
- Alpha : ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He. On vérifie : 238 = 234 + 4 et 92 = 90 + 2.
- Bêta moins : ¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰₋₁e. On vérifie : 14 = 14 + 0 et 6 = 7 - 1.
- Bêta plus : ¹⁸₉F → ¹⁸₈O + ⁰₊₁e. On vérifie : 18 = 18 + 0 et 9 = 8 + 1.
Les unités de la radioactivité
L’être humain est exposé en permanence à une radioactivité naturelle, venue du radon, du sol, du cosmos et de l’alimentation. En France, l’exposition moyenne est de quelques millisieverts par an. Elle varie selon les régions, et le radon en représente une part importante.
| Grandeur | Unité | Sens |
|---|---|---|
| Activité | Becquerel (Bq) | Nombre de désintégrations par seconde |
| Dose absorbée | Gray (Gy) | Énergie reçue par kilogramme de matière |
| Dose efficace | Sievert (Sv) | Estimation de l’effet biologique sur l’organisme |
Usages et risques
Les rayonnements peuvent endommager les cellules et l’ADN : c’est pourquoi on limite les expositions, en jouant sur le temps, la distance et les écrans de protection. La gestion des déchets radioactifs à vie longue fait l’objet de débats.
- Datation : le carbone 14 permet de dater des restes organiques.
- Médecine : des noyaux radioactifs servent à l’imagerie et à la radiothérapie, sous contrôle médical.
- Énergie : dans une centrale, la fission de noyaux d’uranium 235 dégage de la chaleur.
- Industrie et recherche : stérilisation, contrôle de soudures, traceurs.
Les erreurs à éviter
En β⁻, Z diminue car un électron part. En β⁻, Z augmente de 1.
Un neutron se transforme en proton, et l’électron est créé à ce moment-là.
La radioactivité vient des électrons de l’atome. La radioactivité vient du noyau.
Même l’électron β⁻ est créé dans le noyau, pas dans le nuage électronique.
On peut prévoir quand un noyau va se désintégrer. La désintégration d’un noyau est aléatoire.
Seul le comportement d’un très grand nombre de noyaux est prévisible en moyenne.
Exercices corrigés
1. Quelle particule manque ? ²²⁶₈₈Ra → ²²²₈₆Rn + …
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⁴₂He. 226 - 222 = 4 et 88 - 86 = 2 : c’est un noyau d’hélium, donc une particule α.
2. Dans la désintégration ⁶⁰₂₇Co → ⁶⁰₂₈Ni + X, que vaut X ?
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⁰₋₁e. A est inchangé et Z augmente de 1 : c’est un électron, donc une désintégration β⁻.
3. L’iode 131 (Z = 53) subit une désintégration β⁻. Quel noyau obtient-on ? (Z = 52 : Te, 54 : Xe)
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¹³¹₅₄Xe. A reste 131 et Z passe à 54 : c’est du xénon.
4. Quel rayonnement est arrêté par une feuille de papier ?
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Alpha. Les particules α sont lourdes et arrêtées très vite.
5. Une source a une activité de 5 000 Bq. Combien de désintégrations produit-elle en une minute, si l’activité reste stable ?
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300 000. 5 000 × 60 = 300 000 désintégrations.
6. Quel est le point commun entre deux isotopes ?
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Le même nombre de protons. Des isotopes ont le même Z, mais un nombre de neutrons différent.
Questions fréquentes
Quels sont les trois types de radioactivité ?
On distingue couramment les rayonnements alpha, bêta et gamma. La radioactivité bêta se divise en bêta moins et bêta plus, et le gamma accompagne souvent les deux autres sans changer la nature du noyau.
Quelle est la différence entre fission et fusion ?
La fission casse un gros noyau en deux noyaux plus légers. La fusion assemble deux petits noyaux en un noyau plus lourd, comme dans le Soleil.
La radioactivité est-elle toujours artificielle ?
Non. Elle existe naturellement dans les roches, l’air, l’eau et même dans notre corps, par exemple avec le potassium 40 et le carbone 14.
Qui a découvert la radioactivité ?
Henri Becquerel en 1896. Marie et Pierre Curie ont poursuivi ces recherches et découvert le polonium et le radium en 1898.