Qu’est-ce que la désintégration gamma – Radioactivité gamma – Définition

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:

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.

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 , comme la désintégration alpha ou bêta. Typiquement, 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 sont dans la gamme 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 très pénétrants 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 .

Décroissance gamma rapide

Comme cela a été écrit, la désintégration gamma peut suivre des réactions nucléaires telles que la capture de neutrons , la fusion nucléaire ou la fission nucléaire . La plupart des réactions nucléaires produisent des noyaux extrêmement instables qui se désintègrent dès qu’ils se forment dans des réactions nucléaires (demi-vie inférieure à 10 ^-11 s) et ne sont généralement pas classés comme isomères nucléaires. De plus, ces noyaux produisent généralement une cascade de rayons gamma et la cascade de rayons gamma se termine lorsque toute l’énergie excédentaire du noyau excité est libérée.

Par exemple, suite à une fission nucléaire, des rayons gamma sont émis par des fragments de fission. La plupart des rayons gamma rapides sont émis après des neutrons rapides. La réaction de fission libère environ ~ 7 MeV dans les rayons gamma rapides et ~ 7 MeV supplémentaires (pour 235U ) dans les rayons gamma retardés. Il s’agit d’une part importante de l’énergie (~ 7% de l’énergie de fission libérée) et elle doit être prise en compte dans de nombreux domaines de la conception des réacteurs.

Transition isomérique

Dans certains cas, l’état nucléaire excité qui suit l’émission d’une particule bêta ou un autre type d’excitation, est capable de rester dans un état métastable pendant une longue période (heures, jours et parfois beaucoup plus) avant de subir une décroissance gamma, dans laquelle ils émettre un rayon gamma. Ces noyaux excités à longue durée de vie sont appelés états isomères (ou isomères ) et leurs désintégrations sont appelées transitions isomères . Le processus de transition isomérique est donc similaire à toute émission gamma, mais diffère en ce qu’il implique le ou les états excités métastables intermédiaires des noyaux.

Les noyaux métastables sont souvent caractérisés par un spin nucléaire élevé, nécessitant un changement de spin de plusieurs unités ou plus avec décroissance gamma, au lieu d’une transition d’unité unique qui se produit en seulement ^10-12 secondes. Le taux de désintégration gamma est également ralenti lorsque l’énergie d’excitation du noyau est faible. Un exemple est la désintégration de l’isomère ou de l’état métastable du protactinium:

Les noyaux extrêmement instables qui se désintègrent dès qu’ils se forment dans des réactions nucléaires (demi-vie inférieure à 10 ^-11 s) ne sont généralement pas classés comme isomères nucléaires. Les transitions isomères doivent se produire par des transitions multipolaires d’ordre supérieur (contrairement à l’émission gamma qui se produit par rayonnement dipolaire) qui se produisent sur une plus longue échelle de temps.