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Qu’est-ce que l’équilibre séculaire – Équilibre radioactif – Définition

L’équilibre radioactif séculaire existe lorsque le noyau parent a une demi-vie extrêmement longue. L’équilibre séculaire est typique des séries radioactives naturelles, telles que la série thorium ou la série uranium. Dosimétrie des rayonnements

En physique des désintégrations nucléaires , un équilibre radioactif existe quand un nucléide radioactif se désintègre à la même vitesse à laquelle il est produit. Le noyau se désintégrant est généralement appelé noyau parent et le noyau restant après l’événement comme noyau fille . Le noyau fille peut être stable ou radioactif. S’il est radioactif, il se désintègre en un noyau fille et ainsi de suite. Ainsi, chaque noyau parent radioactif peut initier une série de désintégrations, chaque produit de désintégration ayant sa propre constante de désintégration caractéristique.

La concentration des noyaux filles dans l’équilibre radioactif dépend principalement des proportions de demi-vies (ou constantes de désintégration ) des noyaux parents et filles. Comme le taux de production et le taux de décroissance sont égaux, le nombre d’atomes présents reste constant dans le temps. Dans tous les cas, un équilibre radioactif ne s’établit pas immédiatement, mais il n’a lieu qu’après une période de transition . Cette période est de l’ordre de quelques demi-vies du noyau le plus long de la chaîne de désintégration. Dans le cas de chaînes de désintégration radioactives, un équilibre radioactif peut être établi entre chaque membre de la chaîne de désintégration.

équilibre radioactif - équation

Comme il a été écrit, la proportionnalité des demi-vies est un paramètre clé qui détermine le type d’équilibre radioactif :

  • L’équilibre radioactif n’est pas établi lorsqu’une demi-vie du noyau parent est plus courte qu’une demi-vie du noyau fille. Dans ce cas, le taux de production et le taux de désintégration de certains membres de la chaîne de désintégration ne peuvent pas être égaux.
  • L’équilibre radioactif séculaire existe lorsque le noyau parent a une demi-vie extrêmement longue. Ce type d’équilibre est particulièrement important dans la nature. Au cours des 4,5 milliards d’années de l’histoire de la Terre, notamment l’uranium 238, l’uranium 235 et le thorium 232 et les membres de leurs chaînes de désintégration ont atteint des équilibres radioactifs entre le noyau parent et les différents descendants.
  • Un équilibre radioactif transitoire existe lorsqu’une demi-vie du noyau parent est plus longue qu’une demi-vie du noyau fille. Dans ce cas, le nucléide parent et le nucléide fille se désintègrent essentiellement à la même vitesse.

Équilibre séculaire

L’équilibre radioactif séculaire existe lorsque le noyau parent a une demi-vie extrêmement longue . L’équilibre séculaire est typique des séries radioactives naturelles , telles que la série thorium  ou la série uranium . Pour la série d’uranium avec de l’uranium-238 (avec une demi-vie de 4,47 milliards d’années), où tous les éléments de la chaîne sont en équilibre séculaire , chacun des descendants a atteint un niveau d’équilibre et toute décomposition au rythme défini par le parent d’origine. La seule exception est l’élément stable final (plomb-206) à l’extrémité de la chaîne. Son nombre d’atomes augmente constamment. En tout cas, un équilibre radioactifn’est pas établie immédiatement, mais elle n’a lieu qu’après une période de transition . Cette période est de l’ordre de quelques demi-vies du noyau à longue durée de vie dans la chaîne de désintégration ( 234 U pour la série uranium ; 231 Pa pour la série actinium). Dans le cas de chaînes de désintégration radioactives, un équilibre radioactif peut être établi entre chaque membre de la chaîne de désintégration.

Équilibre séculaire

Comme on peut le voir, l’ équilibre séculaire est particulièrement important dans la nature. Au cours des 4,5 milliards d’années de l’histoire de la Terre, en particulier l’uranium 238, l’uranium 235 et le thorium 232 et les membres de leurs chaînes de désintégration ont atteint des équilibres radioactifsentre le noyau parent et les différents descendants. Les demi-vies de tous leurs descendants sont toutes extrêmement variables et il est difficile de représenter une gamme d’échelles de temps allant de quelques secondes à des millions d’années. Comme les radio-isotopes filles ont des demi-vies différentes, l’équilibre séculaire est atteint après un certain temps. Dans la longue chaîne de désintégration d’un élément naturellement radioactif, comme l’uranium-238, où tous les éléments de la chaîne sont en équilibre séculaire, chacun des descendants a accumulé une quantité d’équilibre et toute décomposition au taux fixé par le parent d’origine. Si et quand l’équilibre est atteint, chaque isotope fille successif est présent en proportion directe de sa demi-vie (ou de sa constante de désintégration).

équilibre radioactif - équation

Son activité étant inversement proportionnelle à sa demi-vie , chaque nucléide de la chaîne de désintégration apporte finalement autant de transformations individuelles que la tête de chaîne. La cascade radioactive dans l’équilibre séculaire influence de manière significative la radioactivité ( désintégrations par seconde ) des échantillons naturels et des matériaux naturels. Tous les descendants sont présents, au moins de façon transitoire, dans n’importe quel échantillon naturel, qu’il soit métallique, composé ou minéral. Par exemple, l’uranium 238 pur est faiblement radioactif (proportionnel à sa longue demi-vie), mais un minerai d’uranium est environ 13 fois plus radioactif (environ 13 descendants dans la chaîne de désintégration) que le métal d’uranium 238 pur en raison de ses isotopes filles (par exemple le radon, le radium, etc.) qu’il contient. Non seulement les isotopes du radium instables sont d’importants émetteurs de radioactivité, mais en tant que prochaine étape de la chaîne de désintégration, ils génèrent également du radon, un gaz radioactif naturel lourd et inerte. De plus, la chaleur de désintégration de l’uranium et de ses produits de désintégration (par exemple le radon, le radium, etc.) contribue au réchauffement du cœur de la Terre. Avec le thorium et le potassium-40 dans le manteau terrestre, on pense que ces éléments sont la principale source de chaleur qui maintient le noyau liquide de la Terre.

L’ équilibre séculaire peut parfois être perturbé lorsque l’un des noyaux intermédiaires quitte l’échantillon (par exemple le radon libéré du sol) où ses ancêtres sont confinés. Ces perturbations locales sont importantes à prendre en compte dans l’utilisation des techniques de datation. La perturbation de l’équilibre séculaire influe également sur la radioactivité du combustible nucléaire frais. La plupart des REP utilisent le combustible d’uranium , qui est sous forme de dioxyde d’uranium . Mais ce dioxyde d’uranium doit être chimiquement purifié et la majeure partie de sa chaîne de désintégration n’est pas présente dans le combustible nucléaire frais.

Équilibre radioactif de l’uranium 234

L’isotope de l’uranium-234 fait partie de la série de l’uranium. Cet isotope a une demi-vie de seulement 2,46 × 10 5 ans et n’appartient donc pas aux nucléides primordiaux (contrairement à 235 U et 238 U ). D’autre part, cet isotope est encore présent dans la croûte terrestre, mais cela est dû au fait 234 U est un produit de désintégration indirecte de 238 U . 238 U se désintègre via la désintégration alpha en 234 U. 234 U se désintègre via la désintégration alpha en 230Th, sauf une très petite fraction (de l’ordre de ppm) de noyaux qui se désintègre par fission spontanée.

Dans un échantillon naturel d’uranium, ces noyaux sont présents dans les proportions inaltérables de l’ équilibre radioactif de la filiation 238 U dans un rapport d’un atome de 234 U pour environ 18 500 noyaux de 238 U. Du fait de cet équilibre, ces deux les isotopes ( 238 U et 234 U) contribuent également à la radioactivité de l’uranium naturel.

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: [email protected] ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci