Qu’est-ce que la radioactivité – Décroissance nucléaire – Définition

En général, la radioactivité (également appelée désintégration nucléaire ou désintégration radioactive) est un processus aléatoire au niveau des atomes uniques. La radioactivité se produit lorsqu’un atome instable perd de l’énergie en émettant un rayonnement ionisant. Dosimétrie des rayonnements

Nature de la radioactivité

Le baryum-137m est un produit d'un produit de fission commun - le césium - 137. Le rayon gamma principal du baryum-137m est le photon 661keV.
Le baryum-137m est un produit d’un produit de fission commun – le césium – 137. Le rayon gamma principal du baryum-137m est le photon 661keV.

Comme il a été écrit, les noyaux atomiques sont constitués de protons et de neutrons, qui s’attirent mutuellement par la force nucléaire , tandis que les protons se repoussent via la force électromagnétique en raison de leur charge positive. Ces deux forces se font concurrence, conduisant à une stabilité variée des noyaux. Il n’y a que certaines combinaisons de neutrons et de protons, qui forment des noyaux stables . Les neutrons stabilisent le noyau , car ils s’attirent les uns les autres et les protons, ce qui aide à compenser la répulsion électrique entre les protons. En conséquence, à mesure que le nombre de protons augmente, un rapport croissant de neutrons aux protons est nécessaire pour former un noyau stable. S’il y en a trop (les neutrons obéissent également au principe d’exclusion de Pauli ) ou trop peu de neutrons pour un nombre donné de protons, le noyau résultant n’est pas stable et subit une décroissance radioactive . La plupart des atomes trouvés dans la nature sont stables et n’émettent pas de particules ou d’énergie qui changent de forme au fil du temps. Sur les 82 premiers éléments du tableau périodique, 80 ont des isotopes considérés comme stables. Le technétium, le prométhium et tous les éléments ayant un numéro atomique supérieur à 82 sont instables et se décomposent par désintégration radioactive. Les isotopes instables se désintègrent spontanément par diverses voies de désintégration radioactive , le plus souvent la désintégration alpha, la désintégration bêta, la désintégration gamma ou la capture d’électrons. De nombreux autres types rares de désintégration, comme la fission spontanée ou l’émission de neutrons, sont connus.

Modes de décroissance

La désintégration nucléaire (désintégration radioactive) se produit lorsqu’un atome instable perd de l’énergie en émettant un rayonnement ionisant . La désintégration radioactive est un processus aléatoire au niveau d’atomes uniques, en ce que, selon la théorie quantique, il est impossible de prédire quand un atome particulier va se désintégrer. En d’autres termes, un noyau d’un radionucléide n’a pas de «mémoire». Un noyau ne «vieillit» pas avec le temps. Ainsi, la probabilité de sa décomposition n’augmente pas avec le temps, mais reste constante quelle que soit la durée d’existence du noyau. Pendant sa désintégration imprévisible, ce noyau instable se décompose spontanément et aléatoirementpour former un noyau différent (ou un état d’énergie différent – désintégration gamma), dégageant un rayonnement sous forme de particules atomiques ou de rayons de haute énergie. Cette décroissance se produit à un taux constant et prévisible qui est appelé demi-vie. Un noyau stable ne subira pas ce type de désintégration et n’est donc pas radioactif. Il existe de nombreux modes de désintégration radioactive:

  • Notation des réactions nucléaires - désintégrations radioactives
    Notation des réactions nucléaires – désintégrations radioactives
    Source: chemwiki.ucdavis.edu

    Radioactivité alpha . La désintégration alpha est l’émission de particules alpha (noyaux 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. En raison de sa très grande masse (plus de 7000 fois la masse de la particule bêta) et de sa charge, il ionise le matériau lourd et a une très courte portée .

  • Radioactivité bêta . La désintégration bêta est l’émission de particules bêta . 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. La production de particules bêta est appelée désintégration bêta.
  • Radioactivité gamma . La radioactivité gamma est constituée de rayons gamma. Les rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques (photons de haute énergie) de très haute fréquence et de haute énergie. Ils sont produits par la désintégration des noyaux lors de leur transition d’un état de haute énergie à un état inférieur appelé décroissance gamma. La plupart des réactions nucléaires s’accompagnent d’émissions gamma.
  • Emission de neutrons . L’émission de neutrons est un type de désintégration radioactive de noyaux contenant des neutrons en excès (en particulier des produits de fission), dans lequel un neutron est simplement éjecté du noyau. Ce type de rayonnement joue un rôle clé dans le contrôle des réacteurs nucléaires , car ces neutrons sont des neutrons retardés .

Lois de conservation dans la désintégration nucléaire

En analysant les réactions nucléaires , nous appliquons les nombreuses lois de conservation . Les réactions nucléaires sont soumises aux lois classiques de conservation pour la charge, la quantité de mouvement, la quantité de mouvement angulaire et l’énergie (y compris les énergies de repos). Les lois de conservation supplémentaires, non prévues par la physique classique, sont:

Certaines de ces lois sont respectées en toutes circonstances, d’autres non. Nous avons accepté la conservation de l’énergie et de l’élan. Dans tous les exemples donnés, nous supposons que le nombre de protons et le nombre de neutrons sont conservés séparément. Nous trouverons des circonstances et des conditions dans lesquelles cette règle n’est pas vraie. Lorsque nous envisageons des réactions nucléaires non relativistes, c’est essentiellement vrai. Cependant, lorsque nous envisageons les énergies nucléaires relativistes ou celles impliquant les interactions faibles, nous constaterons que ces principes doivent être étendus.

Certains principes de conservation sont nés de considérations théoriques, d’autres ne sont que des relations empiriques. Néanmoins, toute réaction non expressément interdite par les lois sur la conservation se produira généralement, peut-être à un rythme lent. Cette attente est basée sur la mécanique quantique. À moins que la barrière entre les états initial et final ne soit infiniment élevée, il y a toujours une probabilité non nulle qu’un système fasse la transition entre eux.

Aux fins de l’analyse des réactions non relativistes, il suffit de noter quatre des lois fondamentales régissant ces réactions.

  1. Conservation des nucléons . Le nombre total de nucléons avant et après une réaction est le même.
  2. Conservation de la charge . La somme des charges sur toutes les particules avant et après une réaction est la même
  3. Conservation de l’élan . L’élan total des particules en interaction avant et après une réaction est le même.
  4. Conservation de l’énergie . L’énergie, y compris l’énergie de masse au repos, est conservée dans les réactions nucléaires.

Référence: Lamarsh, John R. Introduction au génie nucléaire 2e édition

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