Nucleaire

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| |Z | | | |

| |N | | | |

NB : Certains isotopes sont naturels et "stables", d'autres sont artificiels (synthétisés) et … "radioactifs".

3– Cohésion du noyau

Les nucléons présents dans le noyau sont soumis à plusieurs forces :

- les forces d’interaction électrostatique entre les protons, forces répulsives.

- les forces d’interaction gravitationnelle entre nucléons, forces attractives négligeables pour des masses faibles.

- les forces d’interaction forte entre nucléons obligatoirement attractives, de courte portées et intenses.

II Emissions radioactives

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Sur Terre on trouve 90 éléments naturels auxquels correspondent 350 noyaux différents parmi lesquels 60 sont instables.

Sur les 112 éléments connus, on dénombre 1500 noyaux dont la grande majorité est instable : ils se désintègrent spontanément, plus ou moins rapidement.

Historique :

• En 1895, le physicien allemand Röntgen découvre les rayons X et fait la première radiographie. Ces rayons X, très pénétrants, sont des rayonnements électromagnétiques invisibles de longueur d’onde inférieure à celles des ultraviolets.

• En 1896, le physicien français Henri Becquerel découvre la radioactivité naturelle. En développant des plaques photographiques, laissées à l'obscurité dans un tiroir avec des cristaux de sel d'uranium, il constate qu'elles ont été impressionnées : des silhouettes apparaissent avec une grande intensité. Il en conclut que l'élément uranium émet continûment des rayonnements radioactifs très énergétiques.

• En 1898, Pierre et Marie Curie découvrent trois nouveaux éléments qui émettent également des rayonnements radioactifs : le thorium, le polonium et le radium.

• C'est à Irène et Frédéric Joliot-Curie que l'on doit la découverte, en 1934, de la radioactivité artificielle, encore appelée radioactivité provoquée. En bombardant certains atomes (azote, phosphore, silicium) avec des particules de grande énergie cinétique, ils les transforment en atomes n'existant pas dans la nature qui ont la propriété d'émettre des rayonnements radioactifs.

La radioactivité naturelle a été découverte en France par Henri Becquerel, Pierre et Marie Curie.

La radioactivité artificielle a été découverte par Irène et Frédéric Joliot-Curie.

1– Instabilité de certains noyaux

Dans le cas de la radioactivité, un noyau radioactif, appelé noyau père, donne spontanément naissance à un noyau fils. On dit qu'il se désintègre : on parle alors de désintégration radioactive. Cette désintégration est aléatoire dans le temps et indépendante de la combinaison chimique dans laquelle l'atome est engagé.

Le noyau père qui se désintègre spontanément est qualifié d'instable. Le noyau fils formé peut être instable et radioactif à son tour, ou rester stable s’il ne se désintègre pas.

A l'intérieur du noyau, il y a compétition entre l’interaction forte attractive entre nucléons de courte portée (s’exerçant sur les nucléons voisins) et l’interaction électrique répulsive entre protons (s’exerçant entre tous les protons du noyau).

Lorsque l'interaction attractive l'emporte, le noyau est stable. Si c'est l'inverse, le noyau est instable.

Sur le diagramme N/Z, on distingue quatre domaines :

- les noyaux stables : les noyaux les plus légers (A < 50) possèdent autant de protons que de neutrons et les noyaux plus lourds possèdent plus de neutrons que de protons; ils forment la vallée de stabilité des noyaux;

- les noyaux situés au bout de la vallée de stabilité sont les noyaux les plus lourds (ces noyaux ont "trop" de nucléons);

- les noyaux situés au-dessus du domaine de stabilité (ces noyaux ont "trop" de neutrons);

- les noyaux situés au-dessous de la vallée de stabilité (ces noyaux ont "trop" de protons et n’ont pas assez de neutrons).

|Diagramme N/Z : | |

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|[pic] | |

Ainsi, les noyaux instables peuvent être répertoriés en 3 familles :

( : noyaux comportant trop de nucléons ;

(+ noyaux comportant trop de protons

(- noyaux comportant trop de neutrons.

Déf : Un noyau radioactif est un noyau instable qui se désintègre spontanément en donnant un noyau différent et en émettant des particules α, β + ou β – et souvent simultanément un rayonnement γ

2- Les différents types de radioactivité

* Il existe 3 sortes de désintégrations nucléaires ( α, β +et β - ) qui s’accompagnent de l’émission de 4 types de rayonnement plus ou moins dangereux pour l’homme : α, β +, β – : rayonnement de nature particulaire et γ : rayonnement électromagnétique .

* L’équation nucléaire associée à un type de désintégration obéit aux lois de Soddy (de conservation):

- Conservation du nombre de charge : la charge électrique se conserve au cours d’une transformation nucléaire.

- Conservation du nombre de masse : le nombre de nucléons se conserve au cours d’une transformation nucléaire.

[pic], donc A1 = A2 + A3 et Z1 = Z2 +Z3 avec X1 le noyau père,

X2 le noyau fils

et X3 la particule émise.

1 - Radioactivité

Cette radioactivité est le fait de noyaux lourds ( A>200 ) qui possèdent

trop de nucléons. Il y a alors émission de noyaux d’hélium ( 2 p + 2 n )

au cours de la désintégration : c’est la particule α.

L'équation de désintégration s'écrit :

[pic] [pic] + [pic]

Avec [pic] : noyau père et [pic] noyau fils.

Exemple : [pic]

Les particules α sont des noyaux lourds émis avec une vitesse faible (20 000km/s).

Particules peu pénétrantes et donc facilement arrêtées (quelques cm d’air, une simple feuille de papier, voir même les couches superficielles de la peau suffisent à les arrêter). Ce rayonnement est ionisant et est donc dangereux par contact, inhalation ou ingestion

2-Radioactivité -

Cette radioactivité est due au fait que certains noyaux possèdent trop de neutrons. Un neutron se transforme en proton avec émission d’un électron

[pic] (Électron venant du noyau)

L'équation de désintégration - s'écrit :

[pic] [pic]

Exemple : [pic]

3-Radioactivité +

Cette radioactivité ne peut être qu’artificielle. Le noyau possède trop de protons.

Un proton se transforme en neutron avec émission d’une particule appelée positon ou anti-électron : [pic]

L'équation de désintégration + s'écrit :

[pic]

Exemple