Cours Transformations Radioactives PASS ANTILLES 2020/2021 PDF

PASS ANTILLES 2020/2021 COURS UE 4 Rayonnement et santé Thèmes : CM2 Transformations Radioactives 1) Introduction Dans ce chapitre, nous les passerons en revue.. - Tout d’abord, l’émission Alpha : elle correspond à l’émission d’u...

PASS ANTILLES 2020/2021 COURS UE 4 Rayonnement et santé Thèmes : CM2 Transformations Radioactives 1) Introduction Dans ce chapitre, nous les passerons en revue.. - Tout d’abord, l’émission Alpha : elle correspond à l’émission d’un atome d’hélium (2 protons + 2 neutrons) que l’on appelle également particule Alpha, c’est vraiment une désintégration puisque l’on va passer d’un noyau X à un noyau Y. - Ensuite, nous verrons les émissions Bêta, on dit « émissions » parce qu’il y en a deux types : celle d’un électron Bêta- et celle d’un positon bêta +. - L’émission Gamma d’un rayonnement correspond à un passage excité d’un noyau à une désexcitation du même noyau. On n’a pas réellement de transformation d’un noyau X en Y, mais on a un noyau X qui est moins excité et c’est la raison pour laquelle on parle de transition. Elle peut s’accompagner d’un deuxième mode de transition qu’est la conversion interne. 1/15 Nous vérifierons que nous avons bien conservation de la masse et de la charge au cours de la réaction nucléaire : pour la masse vérifier que la somme des masses a l’état initial est bien égale à la somme des masses à l’état finale ; pour la charge vérifier que la somme des charges à l’état initial est bien égale à la somme des charges à l’état final. Le spectre est un graphique qui présente en ordonnée le nombre de rayonnements qui soit particulaire ou électromagnétique et en abscisse leur énergie. Nous verrons que ces spectres peuvent présenter deux formes soit un spectre de raie ou bien un spectre continue. Le spectre désigne en quelque sorte la carte d’identité du rayonnement. 2) Les différents types de désintégrations 1. alpha C’est le mode de désintégration que subissent les noyaux lourds, c’est-à-dire qui ont trop de nucléons trop de neutrons et trop de protons. Ils vont vouloir revenir à un état stable et ils vont donc émettre une particule Alpha. 2/15 2. Béta – Vous avez ci-dessus le schéma de désintégration du phosphore 32. Il y a une convention d’écriture pour faire ces schémas de désintégration et pour la désintégration Bêta-, on la représente par une flèche qui va de la gauche vers la droite. Ici, il s’agit d’une émission dite Bêta- pure puisqu’il n’y a qu’un seul type de rayonnement qui est émit au cours de la désintégration du phosphore 32. 3/15 3. Béta + 4/15 4. Capture électronique Vous voyez ici que l’électron est capté dans le noyau qu’es ce que cela entraîne, vous allez avoir un électron d’une couche plus lointaine ici la couche N qui va venir combler cette vacante sur la couche X K et en fait ce saut de M sur K va conduire à une émission du photon de fluorescence. 5/15 Dans ce cas, vous allez avoir une fois que l’électron va être capté par le noyau, vous allez avoir un électron d’une couche proche. La ’ici la couche L qui va venir combler cette lacune et l’énergie qui va en être libéré, elle va servir à éjecter à un électron qui se trouve sur une couche plus lointaine. Il est moins lié, la en l’occurrence elle va servir à l’éjection d’un électron qui se trouve sur la couche M et cet électron, on l’appellera l’électron Auger. 5. Désintégration Béta + et Capture électronique Exemple sur la diapositive suivante : 6/15 Ici, vous est représenté le schéma de désintégration du cuivre 64 et vous voyez que vous avez une compétions entre l’émission Bêta + avec comme représentation un trait vertical qui correspond aux 1,022 MeV qui sont nécessaire pour avoir une émission Bêta + et la capture électronique que vous voyez ici qui est représentée par des traits qui vont des flèches, qui vont de droite à gauche. Remarque : On avait vu à l’inverse que pour la Beta- la flèche était représentée par une flèche qui allait de gauche à droite.. 6. Désexcitation électromagnétique 7/15 7. Émission gamma 8/15 8. Conversion interne 9. Les chaînes de désintégration 9/15 10. Conventions d’écriture - Pour la Bêta – nous avons vu que c’était une flèche qui allait de gauche à droite. - Pour la Bêta + qui est en compétition avec la capture électronique, il s’agit de flèches qui vont de droite à gauche, sachant que la Beta+ ne peut se faire que si vous avez une différence au départ d’énergie supérieur à 1,022 MeV. Vous avez donc un trait vertical qui représente cette condition. - Lorsque vous avez un noyau excité qui va revenir à un état fondamental, c’est ce qui vous est représenter sur la droite de la figure ou dans le cas d’une transition isométrique et bien cela est représenter par une flèche droite du noyau excité vers le noyau stable. 3) Les formules 1. La constante radioactive 10/15 2. Loi de décroissance radioactive Cette loi de décroissance : le nombre N de noyaux non désintégrés en fonction du temps. On va obtenir cette courbe qui donc représente l’évolution du nombre de noyaux radioactive qui va décroître en fonction du temps. 3. L’activité 11/15 4. Période physique Vous voyez sur le schéma qu’au bout de 1 période radioactive, vous avez la moitié de la radioactivité qui a décru si on regarde maintenant au bout de 2 périodes radioactives, il va nous rester que 1 quart de la radioactivité et ainsi de suite on va à nouveau perde la moitié de la radioactivité présente c’est-à-dire la moitié de 1 quart, il va ensuite nous rester qu’1/8 de la radioactivité. 12/15 On a vu que les constantes radioactives étaient caractéristiques du radionucléide et donc on peut tout à fait en connaissant cette constante radioactive calculer la période physique des radionucléides, c’est ce qui est présenter ici dans cet exemple. Cette période physique peut être extrêmement courte. La période physique peut aller de quelques secondes à quelques minutes, à plusieurs heures, plusieurs jours voire même plusieurs millions d’années. 5. Loi de décroissance 13/15 5. Période effective Une notion qui est très importante et très utilisée en médecine c’est la notion de période effective, lorsque qu’on va administrer un médicament radioactif à un patient que ce soit pour faire de l’imagerie ou pour traiter un patient, et bien on va pouvoir calculer quel est le temps au bout duquel sont organisme va éliminer la radioactivité. Il y a deux phénomènes qui vont éliminer ce médicament : La décroissance physique c’est à dire la période physique : le temps au bout duquel la radioactivité diminue de moitié : donc le nombre de noyau a décru. La décroissance biologique : le temps au bout duquel le patient va éliminer le médicament. Vous savez que pour tous les médicaments d’une façon générale, on parle de demi-vie d’élimination des médicaments (=le temps au bout duquel le patient a éliminé la moitié de ce médicament). On peut écrire que cette probabilité est égale à la somme des probabilités de décroissance physique et de décroissance biologique. C’est très important, car lorsque vous administrer un médicament qui est radioactif et bien vous aller pouvoir connaissant ça période physique connaissant le temps au 14/15 bout duquel le patient peut éliminer ce médicament, calculer le temps au bout duquel le patient va éliminer la radioactivité de son organisme. Faire attention que tout soit dans les mêmes unités (jours). 5. Masse d’une source d’activité A et Calcul d’activité 15/15