Radioactivité et Noyaux Atomiques

Énergie et Physique Nucléaire

• Tout système naturel cherche un état d'énergie interne minimum, et sera instable s'il n'y parvient pas. L'énergie interne se transforme en énergie cinétique, et vice-versa, lors d'interactions ou de désintégrations nucléaires.
• Un noyau atomique instable se désintègre pour atteindre un état stable à plus basse énergie potentielle. L'énergie perdue devient énergie cinétique.
• L'unité d'énergie "Joule" est utilisée en physique classique, mais l'électron-Volt (eV) est plus pratique en physique nucléaire pour mesurer les faibles énergies.
• 1 eV correspond à l'énergie nécessaire pour déplacer un électron entre deux potentiels, avec 1 potentiel de 1 eV équivant à 1,602 x 10-19 Joule.
• L'énergie cinétique est E = mc², où E est l'énergie, m est la masse et c est la vitesse de la lumière. L'énergie de masse d'un électron pour ioniser un atome est de 511 keV/c².

Énergie nécessaire pour libérer des particules

• La libération d'un électron d'un atome d'hydrogène requiert une énergie de 13,6 eV.
• La libération d'un proton ou neutron d'un noyau de masse moyenne (comme le fer) nécessite 8 millions d'eV (8 MeV).
• Les accélérateurs de particules peuvent atteindre 10^11 eV (100 GeV).
• Les rayons cosmiques peuvent transporter une énergie jusqu'à 10^21 eV.

Différences entre Chimie et Physique Nucléaire

• La chimie étudie les interactions électroniques, tandis que la physique nucléaire étudie la composition des noyaux atomiques (protons et neutrons).
• Les réactions nucléaires sont indépendantes des configurations électroniques.
• Exemple d'applications: utilisation d'isotopes stables pour protéger la thyroïde contre l'iode radioactif.

Constitution du Noyau Atomique

• La matière est constituée d'atomes, qui comprennent un noyau composé de protons et de neutrons (nucléons) entouré d'électrons.
• Les protons et neutrons sont maintenus ensemble par une force nucléaire forte.
• Le nombre de protons (Z) est le nombre atomique.
• Le nombre de nucléons (A) est le nombre de masse.
• Le nombre de neutrons (N) = A - Z.
• La représentation d'un noyau est AZX, où X est le symbole chimique.
• On peut approximer la taille du noyau par la relation R = RoA1/3 où Ro est égal à 1.2 × 10−15 m

La force Nucléaire

• Les réactions nucléaires respectent la conservation de la charge, de la quantité de mouvement et de l'énergie.
• Les protons dans le noyau sont repoussés par la force électromagnétique, mais la force nucléaire forte les maintient ensemble à courte portée.

Nucléides

• Un nucléide instable est un radionucléide, capable de se transformer en un autre nucléide stable ou instable en perdant de l'énergie.
• Les isotopes sont des nucléides ayant le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons.
• Les isotones ont le même nombre de neutrons mais un nombre différent de protons.
• Les isobares ont le même nombre de masse atomique mais un nombre différent de protons.
• La radioactivité est le passage d'un noyau instable à un noyau plus stable, libérant de l'énergie sous forme de rayonnement.

L'instabilité des noyaux

• Les noyaux peuvent être instables en raison d'un excès de protons ou de neutrons, ou d'une masse trop grande ou trop petite.
• La fusion et la fission nucléaires sont des moyens de réduction de la grosseur du noyau pour stabiliser un noyau instable.

Les particules radioactives

• Il existe trois types principaux de particules radioactives : alpha (α), bêta (β) et gamma (γ).
• Les particules α sont des noyaux d'hélium, les particules β sont des électrons ou positrons, et les particules γ sont des photons de haute énergie.

Radioactivité des noyaux

• Les noyaux instables émettent des rayonnements (α, β, γ) pour atteindre un état plus stable.
• Ces émissions correspondent à des désintégrations radioactives.
• La demi-vie (T1/2) est le temps nécessaire à la désintégration de la moitié des atomes radioactifs.

Activité d'une source radioactive

• L'activité (A) d'une source radioactive mesure le nombre de désintégrations par unité de temps.
• L'unité d'activité est le becquerel (Bq), 1 Bq = 1 désintégration par seconde.
• L'ancienne unité était le curie (Ci), 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq.

Période radioactive

• La période radioactive (T) est la période ou la demi-vie qu'un noyau met à se désintégrer exponentiellement. Elle est indépendante de l'origine du temps.
• Elle est spécifique à chaque radioélément et c'est une propriété du noyau.

Unités de mesure de l'activité

• Le curie (Ci) et le becquerel (Bq) sont des unités utilisées pour mesurer l'activité d'une source radioactive.
• 1 curie (Ci) = 37 milliards de becquerels (Bq)

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