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

Gamma Decay vs Beta Decay. Cet article résume les principales différences entre la désintégration gamma et bêta, qui ont une nature différente. Les particules bêta sont des électrons de haute énergie, tandis que les rayons gamma sont des photons de haute énergie. Dosimétrie des rayonnements

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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La désintégration bêta ou la désintégration β représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission de la particule bêta. Cette transition ( β  désintégration ) peut être caractérisée comme:

Beta Decay - Radioactivité bêta - définition

Si un noyau émet une particule bêta, il perd un électron (ou positron). Dans ce cas, le nombre de masse du noyau fille reste le même, mais le noyau fille formera un élément différent.

Les particules bêta sont des électrons ou des positons à haute énergie et à grande vitesse émis par certains types de noyaux radioactifs tels que le potassium-40. Les particules bêta ont une plus grande plage de pénétration que les particules alpha, mais encore beaucoup moins que les rayons gamma . Les particules bêta émises sont une forme de rayonnement ionisant également connu sous le nom de rayons bêta. Il existe les formes de désintégration bêta suivantes:

  • Désintégration bêta négative – désintégration d’électrons. Dans la désintégration d’électrons, un noyau riche en neutrons émet un électron à haute énergie (β  particule). Les électrons sont des particules presque sans masse chargées négativement. En raison de la loi de conservation de la charge électrique, la charge nucléaire doit augmenter d’une unité. Dans ce cas, le processus peut être représenté par: 
  • Désintégration bêta positive – Désintégration des positrons. Dans la désintégration des positons, un noyau riche en protons émet un positron (les positrons sont des antiparticules d’électrons, et ont la même masse que les électrons mais une charge électrique positive), et réduit ainsi la charge nucléaire d’une unité. Dans ce cas, le processus peut être représenté par: Une annihilation se produit, lorsqu’un positron de basse énergie entre en collision avec un électron de basse énergie.
  • Inverse Beta Decay – Capture d’électrons . La capture d’électrons , également connue sous le nom de désintégration bêta inverse, est parfois incluse comme type de désintégration bêta, car le processus nucléaire de base, médié par l’interaction faible, est le même. Dans ce processus, un noyau riche en protons peut également réduire sa charge nucléaire d’une unité en absorbant un électron atomique. 

Théorie de la désintégration bêta – faible interaction

La désintégration bêta est régie par l’ interaction faible . Au cours d’ une désintégration bêta de deux bas quarks se transforme en un quark par l’ émission d’ un W  boson (emporte une charge négative). Le W  boson se désintègre en une particule bêta et un antineutrino . Ce processus est équivalent au processus dans lequel un neutrino interagit avec un neutron.

théorie de la désintégration bêta - interaction faible

Comme on peut le voir sur la figure, la faible interaction change une saveur de quark en une autre. Notez que le modèle standard compte six saveurs de quarks et six saveurs de leptons. L’ interaction faible est le seul processus dans lequel un quark peut changer en un autre quark, ou un lepton en un autre lepton (changement de saveur). Ni l’ interaction forte ni électromagnétiquepermettre le changement de saveur. Ce fait est crucial dans de nombreuses désintégrations de particules nucléaires. Dans le processus de fusion, qui, par exemple, alimente le Soleil, deux protons interagissent via la force faible pour former un noyau de deutérium, qui réagit davantage pour générer de l’hélium. Sans l’interaction faible, le diproton se désintégrerait en deux protons non liés à l’hydrogène-1 par émission de protons. En conséquence, le soleil ne brûlerait pas sans lui car l’interaction faible provoque la transmutation p -> n.

Contrairement à la désintégration alpha , ni la particule bêta ni son neutrino associé n’existent dans le noyau avant la désintégration bêta, mais sont créés au cours du processus de désintégration. Par ce processus, les atomes instables obtiennent un rapport plus stable de protons aux neutrons. La probabilité de décomposition d’un nucléide en raison de la bêta et d’autres formes de décomposition est déterminée par son énergie de liaison nucléaire. Pour que l’émission d’électrons ou de positons soit possible sur le plan énergétique, la libération d’énergie (voir ci-dessous) ou la valeur Q doit être positive.

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