Cours Physique - Série S: Décroissance radioactive

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Fiche cours de Physique: Réactions nucléaires

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• Publié par: Studyrama
• Publié le: 07 mars 2014
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• Langue: Français

Extrait

Plan de la fiche

I - Définitions II - Règles III - Méthodologie

I - Définitions

Fiche 3 : Décroissance radioactive

•Elément chimique :ensemble d’atomes de même numéro atomique (ayant le même nombre de protons).

•Noyau :partie centrale de l’atome constituée de neutrons et de protons.

•Nucléide :ensemble d’atomes de noyaux identiques.

A •Symbole X : X est le symbole de l’élément ; Z est le nombre de charge ou numéro atomique ( Z indique le nombre de protons) ; Z A est le nombre de masse ( A indique le nombre de nucléons – c’estàdire l’ensemble des protons et des neutrons).

•Isotopes :ensemble des noyaux ayant le même numéro atomique mais ayant des nombres de masse différents.

•Isobares :ensemble des noyaux ayant le même nombre de masse.

•Isotones :ensemble des noyaux ayant le même nombre de neutrons.

•Radioactivité :réaction nucléaire spontanée transformant un noyau instable en un autre noyau plus stable avec émission d’un rayonnement γ .

4 •Radioactivité α :émission de particules α par un noyau lourd.Une particule α est un noyau d’hélium de symbole He . 2

•Radioactivité β− :émission d’électrons par un noyau présentant un excès de neutrons. Un électron est noté  e. 0 1

•Radioactivité β+ :émission de positons (ou positrons) par un noyau présentant un excès de protons. Un positon est noté e . 0 1

•Loi de décroissance radioactive :loi d’évolution du nombre N de noyaux radioactifs en fonction du temps.

1 •Constante radioactive :Elle est notéeconstante caractéristique d’un noyau radioactif. λ et s’exprime en général en s .

•Constante de temps :inverse de la constante radioactive.Elle est notée τ et s’exprime en général en s .

•Activité A  d’unéchantillon radioactif : nombremoyen de désintégrations que l’échantillon produit par seconde.L’unité d’activité est le becquerel (symbole Bq ).

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•Demivie t d’un échantillon radioactif :durée au bout de laquelle l’activité de l’échantillon est divisée par deux. 1/2

•Vallée de stabilité :domaine concernant des noyaux stables. Dans le diagramme ( Z , N ), ledomaine de stabilité est constitué par la première bissectrice (pour les noyaux légers dont Z ≤ 20 ) et une courbe s’écartant vers le haut de la première diagonale (pour les noyaux dont Z > 20 ).

II  Règle

Propriétés • Propriété n°1 Les désintégrations radioactives sont :  aléatoires (impossible d’en prévoir l’instant) ;  spontanées (sans intervention extérieure) ;  inéluctables (impossible d’empêcher le processus) ;  indépendantes des paramètres de pression et de température. • Propriété n°2 Les réactions nucléaires obéissent à deux lois de conservation :  conservation de la charge électrique ;  conservation du nombre de nucléons. Les équations nucléaires sont : 4 A A4  pour la radioactivité X →α :Y +He + γ Z Z22 La radioactivité α se caractérise par un rapprochement de noyaux lourds du domaine de stabilité. A A0  pour la radioactivité X →β− :Y +e + γ Z Z+11 La radioactivité β− se caractérise par un rapprochement du domaine de stabilité. A A 0  pour la radioactivité β+ :X →Y +e + γ Z Z11 La radioactivité β+ se caractérise par un rapprochement du domaine de stabilité.

• Propriété n°3 La loi de décroissance radioactive est une loi exponentielle de la forme : N(t) = Ne où N est le nombre de noyaux initialement présents dans l’échantillon. -λt 0 0 -λt Conséquence : N(t )= Ne =N /2 0 0 1/2 1/2 Soit : t= ln 2 / λ 1/2 Si on utilise l’activité de l’échantillon, on a : A(t) =  dN(t) / dt. Soit : A(t) = λN(t) En notant A= λN en déduit :, on eA(t) = A -λt 0 00

• Propriété n°4 La constante de temps,caractéristique d’un élément radioactif, se détermine graphiquement. La tangente à la courbe N(t) à l’origine rencontre l’axe des abscisses en t = τ .

III  Méthodologie

•plus l’activité de l’échantillon diminue.Plus la constante radioactive est importante,

•Dans la nature, il existe trois familles d’éléments radioactifs :uranium 235 et uranium 232 qui aboutissenturanium 238, respectivement aux isotopes stables 206,207 et 208 du plomb.

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•Un élément radioactif peut présenter plusieurs voies possibles de désintégration pour aboutir à un élément stable.Ainsi, un noyau de bismuth Bi aboutit à l’isotope Pb en empruntant : 212 208 83 82

 soit la voie n°1 conduisant aux équations suivantes : 212 2084 Bi →HeTl + (radioactivité α ) 83 812 208 2080 puis : Tl →ePb + (radioactivité β− ) ; 81 82 1

 soit la voie n°2 conduisant aux équations suivantes : 212 2120 Bi →ePo + (radioactivité β− ) 83 841 212 2084 puis : Po →HePb + (radioactivité α ). 84 822

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