Radioactivité

Pages: 13 (3138 mots) Publié le: 22 novembre 2012
PHY234 Cours de physique nucléaire Cours de physique nucléaire

PHY234

Echelle de masse volumique (1 : 1014)

PHY234 : Cours de Radioactivité

Première partie : Rappels de radioactivité

La quasi totalité de la masse d’un atome est concentrée dans le noyau. Pour rendre compte de la compacité du noyau, on peut comparer la masse d’un volume d’un centimètre cube (un dé à coudre) remplid’atomes de fer, et de noyaux de fer : • masse d’un cm3 d’atomes de fer : 7,874 g • masse d’un cm3 de noyaux de fer ≈ 2,125 x 1014 g soit plus de 200 millions de tonnes dans un dé à coudre !!! On peut trouver dans l’univers des objets aussi denses, sous la forme d’étoiles à neutrons.

I - Introduction
a. La radioactivité dans la nature
La radioactivité est d’origine naturelle. L’intégralité deséléments présents sur Terre, y compris les noyaux radioactifs, ont été formés : • dans la phase de nucléosynthèse aux premiers instants de l’univers, pour les éléments légers (hydrogène et hélium), • dans les étoiles, pour les éléments jusqu’au fer, • lors de l’explosion des étoiles, marquant la fin de vie de celles-ci, pour les éléments au-delà du fer. La radioactivité est à l’origine de l’apparitionde la vie sur Terre. C’est la chaleur qu’elle génère qui maintient le noyau terrestre sous forme liquide, et qui a permis lors des éruptions volcaniques la formation de l’atmosphère primitive (protection contre les météorites, effet de serre pour diminuer les écarts thermiques entre le jour et la nuit). C’est aussi la radioactivité qui entretient la combustion au sein du soleil, par le biais desréactions thermonucléaires où l’hydrogène est transformé en hélium.

Echelle d’énergie (1 : 106)
Si compare les énergies en jeu au sein des atomes et des noyaux d’atomes, on observe que l’énergie de liaison des électrons au noyau est environ un million de fois plus petite que l’énergie de liaison qui assure la cohésion des protons et des neutrons au sein du noyau. C’est cette différence entreénergies de liaison qui explique l’écart entre les effets des réactions chimiques (ex. dynamite) et des réactions nucléaires (ex. bombe atomique).

II. Notations
Un noyau comportant Z protons et N neutrons est noté sous la forme : A X N . A est le nombre Z de nucléons, c'est-à-dire le nombre de protons et de neutrons : A=Z+N. Pour définir un noyau, on donne souvent le nom de l’élément chimique(qui fixe le nombre de protons) et le nombre de nucléons (qui fixe la somme du nombre de protons et de neutrons) : • carbone 12 : 12 C6 6 (carbone = 6ième élément de la classification de Mendeleïev. Il y a 6 électrons dans cet atome donc le noyau considéré contient 6 protons. Le nombre total de nucléons est 12, le noyau contient donc 12-6 = 6 neutrons). • uranium 235 : 235 U143 92 (uranium = 92ièmeélément de la classification de Mendeleïev. Il y a 92 électrons dans cet atome donc le noyau contient 92 protons. Le nombre total de nucléons est 235, le noyau contient donc 235-92 = 143 neutrons).

b. La radioactivité et l’homme
Depuis plus d’un siècle, l’homme a découvert l’existence de la radioactivité. Il a su exploiter l’énergie fabuleuse cachée au cœur de la matière, avec plus ou moins debonheur, et même créer de nouveaux éléments qui n’existent pas sur Terre ! Quelques applications : • énergétiques : centrales nucléaires à fission, • médicales : utilisation de traceurs radioactifs pour les diagnostics, traitement des cancers, • biologiques / géologie : études in vivo à l’aide de marqueurs radioactifs, datation • militaires : bombes nucléaires à fusion ou à fission

a.Classification des noyaux
Les noyaux ayant le même nombre Z de protons s’appellent des isotopes : Les noyaux ayant le même nombre N de neutrons s’appellent des isotones :
16 17 18 8 8 8 9 8 15 16 7 8 8 8

O , O , O10 N , O
40 18

Les noyaux ayant le même nombre A de nucléons s’appellent des isobares :

Ar22 , 40 Ca 20 20

c. Ordres de grandeur
On va comparer les grandeurs physiques du...
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