L'ADN La fission nucléaire 1 Qu'est-ce que la radioactivité ? Les origines de
L'ADN La fission nucléaire 1 Qu'est-ce que la radioactivité ? Les origines des radionucléides Les applications de la radioactivité LA RADIOACTIVITÉ LIVRET PÉDAGOGIQUE Des radioéléments aux applications scientifiques LA RADIOACTIVITÉ Sommaire 02 Sommaire Introduction 03 Qu'est-ce que la radioactivité ? 04-09 La radioactivité, propriété de certains noyaux d’atomes 05 La décroissance radioactive 06 La mesure de la radioactivité 06 Les principaux types de désintégrations 09 Les origines des radionucléides 10-12 Les radionucléides naturels 1 1 Les radionucléides artificiels 12 Les applications de la radioactivité 13-19 Les traceurs radioactifs 14 Pour la santé 14 Pour l’étude de l’environnement 16 Dans l’industrie 16 Au service de l’art 17 Au service de l’espace 18 La datation 18 Photo de couverture : Vue de la Terre. © Photodisk - Etiquetage d'un convoi d’expédition de déchets de très faible activité vers le site de stockage de l'Andra. © P. Stroppa/CEA Illustrations : Yuvanoé/CEA - Conseiller scientifique : Jean-Christophe Bodineau Rédaction : Florence Klotz, Lucia Le Clech et Juliette Bergdolt - Réalisation : Agence Gimmik - Novembre 2018 LA RADIOACTIVITÉ Introduction 03 Introduction Il y a un peu plus d’un siècle, en 1896, le physicien français Henri Becquerel cherchait à savoir si des sels d’uranium, excités par la lumière du Soleil, émettaient des rayons X en même temps qu’ils étaient fluorescents (les rayons X venaient tout juste d’être découverts par Wilhelm Roentgen, physicien allemand). Quelle ne fut pas sa surprise lorsqu’il découvrit que, excités ou non, les sels d’uranium émettaient des rayonnements capables de traverser une bonne épaisseur de matériau puis d'impressionner une plaque photographique ! Il en conclut que l’uranium émettait spontanément et sans s’épuiser des rayonnements invisibles se comportant comme les rayons X. Ce phénomène naturel fut appelé radioactivité (du latin radius : rayon) quelques années plus tard par Marie Curie. En 1898, à la suite des travaux d’Henri Becquerel, Pierre et Marie Curie découvrirent le polonium et le radium, deux éléments radioactifs (radioéléments) inconnus, présents dans le minerai d’uranium. Pour ces travaux, ces trois scien- tifiques ont partagé le prix Nobel de physique en 1903. À leur suite, Irène Curie et son époux Frédéric Joliot ont décou- vert la radioactivité artificielle, ce qui leur a valu le prix Nobel de chimie en 1935. “La radioactivité n’a pas été inventée par l’homme. C’est un phénomène naturel qui a été découvert à la fin du XIXe siècle.” © C215 04 QU'EST-CE QUE LA RADIOACTIVITÉ ? Vue d’artiste de la nucléosynthèse primordiale. © A. Schaller/ESA LA RADIOACTIVITÉ, PROPRIÉTÉ DE CERTAINS NOYAUX D’ATOMES Toute matière est constituée d’atomes. Ceux-ci sont compo- sés d’un noyau, contenant des protons et des neutrons, autour duquel orbitent des électrons dont le nombre tend à être égal au nombre de protons. Un type d’atome, appelé élément chimique, est défini et classé selon le nombre de protons dans son noyau. Nous connaissons au- jourd’hui 1 18 éléments, dont 90 naturels. Un type de noyau, appelé nu- cléide, est défini par son nombre de protons et de neutrons. Un nucléide est stable lorsqu'il comporte un nombre harmonieux de protons et de neutrons ; cette harmonie ne s'observe que pour à peine 10 % des nucléides connus. Les chercheurs ont identifié 256 nucléides stables et près de 3 000 instables. Cette instabilité est due soit à un excès de protons, soit de neutrons, ou encore des deux à la fois. Les noyaux instables sont dits radioactifs car ils émettent différents types de rayonnements en se transformant. Un type de noyau radioactif est appelé radio- nucléide. Pour tendre vers un état stable, les radionucléides se transforment spontanément en d’autres nucléi- des, radioactifs ou non. Ainsi, de radionucléide en radionucléide, l’uranium 238 tend à se trans- former en un nucléide stable, le plomb 206. La transformation irréversible d’un noyau radioactif en un autre noyau est appelée dé- sintégration. LA RADIOACTIVITÉ Qu'est-ce que la radioactivité ? 05 Les nucléides se distribuent selon leur nombre de protons et de neutrons ainsi que leur énergie de cohésion sous forme d'une "vallée de stabilité" car le fond est peuplé par les noyaux stables pour lesquels protons et neutrons sont les plus liés. L’évolution des noyaux instables, des hauteurs de la vallée vers le fond, illustre les différents types de radioactivité. Version animée sur http://irfu.cea.fr/ la- vallee-de-stabilite/index.php Portion de la vallée de stabilité vue de dessus. Les cases noires correspondent aux nucléides stables et celles de couleur aux radionucléides. © F. Durillon/Animéa Po 208 2,898 a Po 209 102 a Po 210 138,38 j Po 211 Bi 207 31,55 a Bi 208 3,68 · 10⁵ a Bi 209 100 Bi 210 0,516 s 5,013 j Pb 206 24,1 Pb 209 3,253 h Pb 207 22,1 Pb 208 52,4 06 La radioactivité ne concerne que le noyau des atomes alors que les propriétés chimiques des atomes ne dépendent que de leurs élec- trons (voir le livret L’atome). Les rayonnements émis par les radio- nucléides sont dits ionisants car ils peuvent arracher des électrons aux atomes de la matière qu’ils rencontrent et donc en perturber les propriétés chimiques. Un élément chimique correspond à plusieurs nucléides appelés isotopes1 qui peuvent être stables ou radioactifs (radio-isotopes). Un isotope porte le nom de son élément chimique, associé à son nombre de neutrons, par exemple le carbone 12 (six neutrons) et le carbone 14 (huit neutrons) sont deux isotopes du carbone (six protons). Le premier n’est pas radioactif, alors que le second l’est. Tous les isotopes ont les mêmes propriétés chimiques alors que leurs propriétés physiques diffèrent un peu, du fait notamment de leur différence de masses. LA DÉCROISSANCE RADIOACTIVE La quantité d’un radionucléide diminue avec le temps du fait de la désintégration radioactive progressive de ses noyaux, phénomène aléatoire et spontané. On peut cependant attribuer à chaque radio- nucléide une période radioactive, ou demi-vie, qui est le temps au bout duquel la moitié des atomes radioactifs initialement présents s’est désintégrée. La période radioactive est très variable selon le radionucléide : quelques millisecondes, quelques heures, plusieurs jours, des centaines d’années… à des milliards d’années. LA MESURE DE LA RADIOACTIVITÉ Différents types de détecteurs mesurent les rayonnements émis par les radionucléides ; parmi eux, des tubes remplis de gaz (chambre d’ionisation, compteur proportionnel, compteur Geiger-Müller), des scintillateurs couplés à des photomultiplicateurs, des diodes de se- mi-conducteurs (silicium, germanium…). ZOOMSUR LA DÉCROISSANCE DE L’ACTIVITÉ D’UN ÉCHANTILLON RADIOACTIF EN FONCTION DU TEMPS 0 T 2T 3T 4T 5T Ao Ao/2 Ao/4 Ao/8 } } } } ~ ~ ~ ~ ~ ~ Activité (Période) Temps LA RADIOACTIVITÉ Qu'est-ce que la radioactivité ? Au fur et à mesure que les noyaux se désintègrent, l’activité de l’échantillon d’un même radionucléide diminue. Les lois du hasard, qui gouvernent le phénomène de la radioactivité, font qu’au bout d’un temps T appelé période radioactive, l’activité de l’échantillon a été divisée par deux. Au bout de deux périodes, il reste un quart des noyaux radioactifs initiaux. Au bout de trois périodes, un huitième ; au bout de dix périodes, un millième… LES ISOTOPES L'hydrogène 1H 1 électron 1 proton 1 neutron 1 électron 1 proton 2 neutrons 1 électron {1 proton} Noyau Noyau Noyau Le deutérium 2H ou D Le tritium 3H ou T { { } } 1- Isotopes : Atomes ayant le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. 07 Un enfant lance des ballons en direction d’une camarade. Cette image permet de symboliser la relation entre les trois unités utilisées dans le domaine de la radioactivité. Le nombre de ballons lancés par seconde peut se comparer aux rayonnements résultant des becquerels (nombre de désintégrations par seconde) ; l’énergie reçue par la camarade qui capte les ballons au gray (dose absorbée) ; les effets de cette énergie sur son corps, selon la masse des ballons et l’énergie avec laquelle chacun est envoyé, au sievert (effet produit par la dose absorbée). LA RADIOACTIVITÉ Qu'est-ce que la radioactivité ? Ces détecteurs sont extrêmement sensibles et mesurent couramment des activités un million de fois inférieures aux niveaux qui pourraient avoir des effets sur notre santé. Plusieurs unités sont utilisées dans le domaine de la radioactivité. Le becquerel (Bq) Un échantillon radioactif se caractérise par son activité, qui est le nombre de désintégrations de noyaux radioactifs qui se produisent en son sein par seconde. L’unité d’activité est le becquerel, de symbole Bq. Cette unité est très petite : 1 Bq = 1 désintégration par seconde. L’activité des sources radioactives s’exprime donc le plus souvent en multiples du becquerel : - le kilobecquerel (kBq) = 1 000 Bq - le mégabecquerel (MBq) = 1 million de Bq - le gigabecquerel (GBq) =1 milliard de Bq - le térabecquerel (TBq) = 1 000 milliards de Bq Le gray (Gy) Cette unité chiffre la densité d’énergie déposée par les rayonnements dans un organisme ou un objet exposé à un échantillon radioactif. On parle de dose absorbée. 1 gray = 1 joule par kilogramme de matière irradiée. Le sievert (Sv) Les effets biologiques, résultant de la dose absorbée par un organisme uploads/Litterature/ livret-radioactivite-version-2018.pdf
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- Publié le Nov 01, 2022
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