Qu’est-ce que Alpha Decay vs Gamma Decay – Radioactivité – Définition

Alpha Decay vs Gamma Decay. Cet article résume les principales différences entre la désintégration alpha et gamma, qui ont une nature différente. Les rayons gamma sont des photons de haute énergie, tandis que les particules alpha sont des noyaux d’atomes d’hélium. Dosimétrie des rayonnements

La désintégration alpha  (ou désintégration α et également la radioactivité alpha ) représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission du noyau d’un atome d’hélium. Cette transition peut être caractérisée comme:

Alpha Decay - Alpha Radioactivité

Comme le montre la figure, la particule alpha est émise lors de la désintégration alpha. Les particules alpha sont des noyaux énergétiques d’hélium . Les particules alpha se composent de deux protons et de deux neutrons liés ensemble en une particule identique à un noyau d’hélium. Les particules alpha sont relativement grandes et portent une double charge positive. Ils ne sont pas très pénétrants et un morceau de papier peut les arrêter. Ils ne parcourent que quelques centimètres mais déposent toutes leurs énergies le long de leurs courts trajets.

Dans la pratique, ce mode de désintégration n’a été observé que dans des nucléides considérablement plus lourds que le nickel, les émetteurs alpha les plus légers connus étant les isotopes les plus légers (masse 106–110) du tellure (élément 52). Dans les réacteurs nucléaires, la désintégration alpha se produit par exemple dans le combustible (désintégration alpha des noyaux lourds). Les particules alpha sont généralement émises par tous les noyaux radioactifs lourds présents dans la nature ( uranium , thorium ou radium), ainsi que par les éléments transuraniens (neptunium, plutonium ou américium).L'uranium 238 se désintègre.

Théorie de la désintégration alpha – Tunnelisation quantique

Parmi la variété de canaux dans lesquels un noyau se désintègre, la désintégration alpha a été l’une des plus étudiées. Le canal de désintégration alpha dans les noyaux lourds et super lourds a fourni des informations sur les propriétés fondamentales des noyaux loin de la stabilité, telles que leurs énergies à l’état fondamental et la structure de leurs niveaux nucléaires.

La désintégration alpha est un processus de tunnel quantique . Pour être émise, la particule alpha doit pénétrer une barrière de potentiel. Ceci est similaire à la désintégration de l’amas , dans lequel un noyau atomique émet un petit « amas » de neutrons et de protons (par exemple 12 C).

La hauteur de la barrière de Coulomb pour les noyaux de A «200 est d’environ 20-25 MeV . Les particules alpha émises lors de la désintégration nucléaire ont des énergies typiques d’environ 5 MeV. D’une part, une particule alpha 5 MeV entrante est dispersée à partir d’un noyau lourd et elle ne peut pas pénétrer la barrière de Coulomb et se rapprocher suffisamment du noyau pour interagir via la force forte. D’un autre côté, une particule alpha de 5 MeV liée dans un puits de potentiel nucléaire est capable de tunneler cette même barrière coulombienne.

désintégration alpha - tunneling quantiqueEn 1928, George Gamow (et de façon indépendante par Ronald Gurney et Edward Condon ) avait résolu la théorie de la désintégration alpha via le tunnelage quantique. Ils ont supposé que la particule alpha et le noyau fille existaient dans le noyau parent avant sa dissociation, à savoir la désintégration des états quasi-stationnaires (QS). Un état quasi stationnaire est défini comme un état à longue durée de vie qui finit par se désintégrer. Initialement, l’amas alpha oscille dans le potentiel du noyau fille, le potentiel Coulomb empêchant leur séparation. La particule alpha est piégée dans un puits potentiel par le noyau. Classiquement, il est interdit de s’échapper, mais selon les principes (alors) nouvellement découverts de la mécanique quantique, il a une probabilité minime (mais non nulle) de «creuser un tunnel» à travers la barrière et d’apparaître de l’autre côté pour s’échapper du noyau . En utilisant le mécanisme de tunnelisation, Gamow, Condon et Gurney ont calculé la pénétrabilité de la particule α de tunnelisation à travers la barrière de Coulomb, trouver la durée de vie de certains noyaux émetteurs α. Le principal succès de ce modèle a été la reproduction de la loi semi-empirique de Geiger-Nuttall qui exprime les durées de vie des émetteurs α en termes d’énergies des particules α libérées. Il faut noter que d’autres formes courantes de désintégration (par exemple la désintégration bêta) sont régies par l’interaction entre la force nucléaire et la force électromagnétique.

Référence spéciale: WSC Williams. Physique nucléaire et des particules. Clarendon Press; 1 édition, 1991, ISBN: 978-0198520467.

 

La désintégration gamma ou la désintégration γ représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission de rayons gamma (photons à haute énergie). Cette transition ( désintégration γ ) peut être caractérisée comme:

Gamma Decay - Radioactivité gamma - définition

Comme on peut le voir, si un noyau émet un rayon gamma, les nombres atomiques et de masse du noyau fille restent les mêmes, mais le noyau fille formera un état d’énergie différent du même élément. Il convient de noter que les nucléides ayant un nombre de protons et un nombre de masses égaux (ce qui en fait par définition le même isotope), mais dans un état d’énergie différent, sont appelés isomères nucléaires. Nous indiquons généralement les isomères avec un exposant m, donc: 241m Am ou 110m Ag.

Iode 131 - schéma de désintégration
Iode 131 – schéma de désintégration

Dans la plupart des sources de laboratoire pratiques, les états nucléaires excités sont créés lors de la désintégration d’un radionucléide parent, par conséquent, une désintégration gamma accompagne généralement d’ autres formes de désintégration , telles que la désintégration alpha ou bêta. Généralement, après une désintégration bêta (transition isobare), les noyaux contiennent généralement trop d’énergie pour être dans leur état final stable ou fille.

Les rayons gamma sont des photons de haute énergie avec des longueurs d’onde très courtes et donc des fréquences très élevées. Les rayons gamma de la désintégration radioactive se situent dans la plage d’énergie de quelques keV à ~ 8 MeV, correspondant aux niveaux d’énergie typiques dans les noyaux avec des durées de vie raisonnablement longues. Comme il a été écrit, ils sont produits par la désintégration des noyaux lors de leur transition d’un état de haute énergie à un état inférieur. Comme les rayons gamma ne sont en substance que des photons de très haute énergie, ils sont une matière très pénétrante et sont donc biologiquement dangereux. Les rayons gamma peuvent parcourir des milliers de pieds dans l’air et peuvent facilement traverser le corps humain.

Contrairement à la radioactivité alpha et bêta , la radioactivité gamma est régie par une interaction électromagnétique plutôt que par une interaction faible ou forte . Comme dans les transitions atomiques, le photon emporte au moins une unité de moment angulaire (le photon, décrit par le champ électromagnétique vectoriel, a un moment angulaire de spin de ħ), et le processus conserve la parité .

Référence spéciale: WSC Williams. Physique nucléaire et des particules. Clarendon Press; 1 édition, 1991, ISBN: 978-0198520467.

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