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RADIOACTIVITE 1 Structure de l’atome Bases de la Radioactivité FILIERE MEDECINE

RADIOACTIVITE 1 Structure de l’atome Bases de la Radioactivité FILIERE MEDECINE Pr. Malika ÇAOUI Année universitaire : 2017/2018 Radioactivité Constitution matière: Atome – Noyau+++ • Etat stable et instable de l’atome • Les éléments chimiques - Isotopes • Unité de Masse Atomique (u.m.a.) • Rayonnement ionisant: particulaire et électromagnétique (photon) Bases de la radioactivité • Stabilité et instabilité nucléaires : Courbe de stabilité des atomes • Transformations radioactives : Désintégrations - Désexcitations • Les lois de la radioactivité : Activité d’une source – Unités d’activités • Décroissance radioactive : Période T d’une source • Les filiations radioactives 2 Objectifs du cours • Maitriser les constituants d’un atome et du noyau • Définir un atome stable d’un atome instable • Distinguer entre désintégrations et désexcitations des atomes • Différencier une particule chargée d’un photon • Définir: Activité d’une source – Période d’une source - Unités d’activités - Filiations radioactives 3 L’atome • Ma#ère cons#tuée de solide, liquide et de gaz: assemblage d’atomes • Atome: Elément chimique : le plus pe#t cons#tuant de la ma#ère ayant une iden#té chimique. • L’atome est composé: −Noyau au centre : con#ent des nucléons: neutrons (n) + protons (p) −Cortège électronique: des électrons (é) gravitant autour du noyau • Comparaison de la masse : Noyau (Ballon de foot) / é (tête d’épingle) 4 Configuration électronique des atomes (à lire) Diﬀérents modèles ont été élaborés pour illustrer la répar44on des é au sein des diﬀérentes orbitales atomiques : § Modèle planétaire de Rutherford : noyau au centre de l’atome, les é gravitent autour selon des orbites circulaires § Modèle de Maxwell: o Une charge qui subit une accéléra4on rayonne de l’E électromagné4que, ce qui rend l’orbite de l’é instable : o Comme une spirale se rapproche du noyau jusqu’à l’aHeindre: Aucun atome n’existerait : physique classique en défaut. § Atome de Bohr: Introduit la no4on de quan4ﬁca4on: § Chaque orbite → un état d’Energie. L’é occupe des orbites privilégiées sur lesquelles il ne rayonne pas d’énergie. § Ces orbites → à des niveaux d’énergie de l’atome § Théorie de Sommerﬁeld : Déﬁnit la structure ﬁne du spectre de l’Hydrogène. § Modèle de Schrödinger : Mécanique quan4que: a donné une descrip4on correcte des états électroniques autour du noyau: § Il écrivit la 1ère équa4on applicable à la probabilité (fonc4on d'onde) de l’é soumis au champ électrique du noyau de l'atome. § Il Introduit 4 nombres quan4ques pour résoudre l’équa4on : n; m; l; s § Chaque é d’un atome se trouve à un certain niveau d’énergie 5 Composition de l’atome Le Cortège électronique : composé d’électrons (é) qui gravitent autour du noyau. • Un é porte une charge négative: - 1,6.10-19C • L’é est l’agent des réactions chimiques : la mise en commun des é permet l’assemblage des atomes pour former molécules, macromolécules, cristaux • L’é est la particule qui a donné son nom à l'électronique. • C’est la particule qui en se "baladant" matérialise l'électricité Le noyau : contient des Nucléons : Neutrons (n)+ Protons (p) : o Proton porte une charge positive +1,6.10-19C (Coulomb) o Neutron est sans charge (d’où le nom) 6 Noyau • Il contient des Nucléons : Neutrons (n)+ Protons (p) : o Proton porte une charge positive +1,6.10-19C (Coulomb) o Neutron est sans charge (d’où le nom) • Les nucléons sont maintenus assemblés dans le noyau grâce à l’Énergie de Liaison: EL des nucléons. • Une EL forte assure la stabilité du noyau. • Si EL est insuffisante, le noyau est instable ou radioactif. • Radioactivité correspond donc à une instabilité nucléaire. 7 Atome : édifice électriquement neutre • Atome porte autant d’é que de p : Z électrons = Z protons • Rutherford : masse des atomes concentrée dans leur noyau (Ø noyau : 10 000 + petit /atome) : Masse atome ≈ masse noyau • Un nucléon (p ou n) est ≈ 2000 fois plus lourd qu'un é. ² Masse (m) : mp » mn » 1,67.10-24 g = 1,67.10-27 kg. ² Masse é au repos: me: 0,9.10-27g : 1800 + faible/masse nucléon 8 Représentation d’un atome A Z N 89 39 X : Symbole chimique de l’élément (Na; K; Cl; Fe, Zn…) A : nombre de masse = N + Z (neutrons + protons) Z : Numéro Atomique = Nombre de p = Nombre d’é N = A – Z : neutrons (ne figure pas toujours) X 12 6 9 Exemples : C : A = 12; Z = 6 p (donc 6 é); n = 12 – 6 = 6 n Y : A = 89; Z = 39; N = 89 - 39 = 50 Numéro Atomique Z et Nombre de Masse A • Z : Détermine l’appartenance d’un atome à une famille chimique • Z : Détermine les propriétés chimiques d’un atome • A: Différencie deux atomes ayant même Z (mêmes protons), appartenant à une même famille chimique. • A: Détermine les propriétés physiques des atomes. 10 Tableau de Mendeleïev des éléments chimiques www.kaptitude.com© Aptitude – INSTN -CEA (Paris – France) 11 Isotopes • Isoptopes : Ce sont des atomes de Z constant : (Î même famille : mêmes propriétés chimiques) Mais ont un nombre de masse A ≠ → donc N ≠ (propriétés physiques ≠) • Les Isotopes stables sont non radioactifs. • Les Radioisotopes sont des isoptopes radioactifs (*) = Radionucléides • Exemples : Eléments: Famille de l’Hydrogène possède 3 isotopes avec Z = 1; A ≠d’où N≠. H H H Hydrogène Deutérium Tritium*(*: Radioactif) 1 2 3 1 1 1 234 235 238 14 12 92 92 92 6 6 U U U C C 12 L’Uranium Naturel : trois Isotopes radio-actifs (*) Le carbone 14* et carbone 12 Les isotopes de l’Iode Nature Rayonnements émis Période physique Utilisations médicales Iode 131* Β-(606 KeV) γ (364 KeV) 8,06j Thérapeutique Diagnostique Iode 123* γ Pur (159 keV) 13,2H Diagnostique Iode 125* 35,5 KeV 60,14 j Diagnostique RIA Thérapeutique Iode 127 satble - - - RIA : Radio Immuno Analyse: Technique de laboratoire basée sur le principe de la réacUon anUgène-anUcorps associée à un complément radioacUfs, qui sert à doser in vitro: hormones - anUcorps, enzymes, stéroïdes… 13 Isobares - Isotone - Isomères Isobares : A = constant et Z ≠ Les transformations spontanées conservant A : isobariques. Isotones : N = constant et Z ≠ N = 28 (52Cr; 54Fe…); N = 50 (86Kr, 87Rb,…) N = 82 (136Xe; 138Ba…) Isomères: noyaux identiques mais dans des états d’énergies différents: 60 30 60 31 60 32 30 29 28 Zn Cu Ni 99m 99 43 43 Tc Tc 14 En résumé • Un atome est composé d’un : o Noyau avec des Nucléons : neutrons (sans charge) et protons (de charge positive) o Cortège électronique avec des électrons (charge négative) • Un atome neutre comprend autant de charges positives (p) que de charges négatives (é) • L’espace entre le noyau et le nuage électronique est constitué de vide. RETENIR! • Un élément chimique est défini par son Numéro Atomique Z • Un isotope est défini par son Nombre de Masse: A 15 Energie: (Joule: J = Kg.m2.s-2) Ep (J) = q (C) .V (Volt) § Electron-volt (eV): l’énergie (J) acquise par une charge élémentaire q (C) soumise à une différence de potentiel (ddp) de 1 volt: 1eV = 1,602 . 10-19 J § En physique nucléaire : KeV (103); MeV (106); GeV (109) § Relativité d’Einstein: E0 = mc2 avec - E0 : Energie au repos (J) - m : masse (kg) - c = célérité (m.s-1) Unités en physique nucléaire 16 § Relativité Einstein (1905): Relation d'équivalence masse - énergie qui permet de relier la masse et l'énergie au repos d’une particule. E0 = mc2 →m = E0 / c2 : MeV/c2 A toute particule au repos de masse m →une énergie de masse: § Unité de masse atomique • Masse (Atome): M = M (noyau) + m Zé • Une mole d’atomes = 6,02.1023 atomes = Ɲ : Nombre d’Avogadro • Ex : Ɲ atomes de C pèsent 12 g → Masse Molaire Masse 17 Unité de Masse Atomique: u.m.a. Ex : Ɲ atomes de C pèsent 12 g → Masse Molaire Masse de Ɲ atomes C → 12 g Masse de 1 atome C → 12 / N Par définition : c’est le 1 / 12 de la masse de 12C • 1 u.m.a = 1 / 12 x 12 / N = 1,660565.10– 24 g • E = m c2 ; C = 3.108 m/s et m = 1,66.10– 24 g = 1,66.10– 27 kg • E = 1,66.10- 27. (3.108)2 = 1,5.10 -10 J; or 1 eV = 1,6.10 -19 J • 1 u.m.a = 1,5.10-10 / 1,6.10-19 = 931.10 6 eV / c 2 18 Masse: U.M.A. (suite) Masse des nucléons • mn = 1,00866 u.m.a » 939,55 MeV • mp = 1,00727 u.m.a » 938,256 MeV • mn - mp = 0,00139 u.m.a »1,294 MeV • A retenir : mé = 0,511 MeV » 511 KeV 1 u.m.a uploads/Ingenierie_Lourd/ cm1-uiass-med-radioactivite-c-aoui-17-18-pdf 1 .pdf