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

L’équilibre radioactif transitoire existe lorsqu’une demi-vie du noyau parent est plus longue qu’une demi-vie du noyau fille, mais que la concentration des noyaux parents diminue de manière significative dans le temps. 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 radioactif transitoire

L’ équilibre radioactif transitoire existe lorsqu’une demi-vie du noyau parent est plus longue qu’une demi-vie du noyau fille, mais que la concentration des noyaux parents diminue de manière significative dans le temps. Dans ce cas, le nucléide parent et le nucléide fille peuvent se désintégrer essentiellement à la même vitesse, mais les deux concentrations de nucléides diminuent à mesure que la concentration des noyaux parents diminue. Contrairement à l’équilibre séculaire, la demi-vie des noyaux filles n’est pas négligeable par rapport à la demi-vie du parent.

Équilibre transitoire - Équilibre radioactif

Un exemple de ce type de processus de désintégration des composés est un générateur de technétium-99m produisant du technétium-99m pour les procédures de diagnostic en médecine nucléaire à partir du molybdène-99. La courte demi-vie de 6 heures du technétium-99m rend le stockage impossible et rendrait le transport très coûteux. Par conséquent, à des fins médicales, le molybdène 99 est utilisé pour produire du technétium 99m. Ces deux isotopes sont en équilibre transitoire. La constante de désintégration du molybdène 99 est considérablement plus faible que la constante de désintégration du technétium 99m. Bien que la constante de désintégration du molybdène 99 soit plus petite, le taux réel de désintégration est initialement supérieur à celui du molybdène 99 en raison de la grande différence dans leurs concentrations initiales. À mesure que la concentration de la fille augmente, le taux de désintégration de la fille s’approche et finit par correspondre au taux de désintégration du parent. Lorsque cela se produit, on dit qu’ils sont à l’  équilibre transitoire . Dans le cas du générateur de technétium 99m, l’équilibre transitoire se produit après environ quatre demi-vies. Aujourd’hui, le technétium-99m est l’élément le plus utilisé en médecine nucléaire et est utilisé dans une grande variété d’études d’imagerie en médecine nucléaire.

De plus, l’équilibre transitoire peut parfois être perturbé lorsque l’un des noyaux intermédiaires quitte l’échantillon où ses ancêtres sont confinés.

Équilibre radioactif transitoire avec source – Exemple

Un exemple particulier d’équilibre radioactif est les concentrations d’iode 135 et de xénon 135 dans un réacteur nucléaire , mais dans ce cas, la combustion du xénon doit être prise en compte. Notez que, dans ce cas particulier, la demi-vie du noyau parent est plus courte que la demi-vie du noyau fille. La production et l’élimination du xénon peuvent être caractérisées par les équations différentielles suivantes :

équilibre xénon - équilibre iodeLorsque le taux de production d’iode est égal au taux d’élimination de l’iode, l’ équilibre existe. Cet équilibre est également appelé «réservoir de xénon 135», car tout cet iode doit subir une désintégration au xénon. A l’équilibre, la concentration en iode reste constante et est désignée I (eq) . L’équation suivante pour la concentration d’équilibre en iode peut être déterminée à partir de l’équation précédente en fixant le dN I / dt = 0 . Étant donné que la concentration d’iode à l’équilibre est proportionnelle à la vitesse de réaction de fission, elle est également proportionnelle au niveau de puissance du réacteur .

Lorsque le taux de production de xénon 135 est égal au taux d’élimination , l’ équilibre existe également pour le xénon . La concentration en xénon reste constante et est désignée Xe (eq) . L’équation suivante (1) pour la concentration d’équilibre au xénon peut être déterminée à partir de l’équation précédente en fixant le dN Xe / dt = 0 . Pour que le xénon 135 soit en équilibre, l’iode 135 doit également être en équilibre. La substitution de l’expression de concentration d’iode 135 à l’équilibre dans l’équation du xénon d’équilibre (1) donne les résultats suivants (2).

Xenon Worth - différents niveaux de puissanceD’après cette équation, on peut voir que la valeur d’équilibre du xénon 135 augmente à mesure que la puissance augmente, car le numérateur est proportionnel à la vitesse de réaction de fission . Mais le flux thermique est également au dénominateur. Par conséquent, comme le flux thermique dépasse une certaine valeur, la combustion du xénon commence à dominer, et à environ 10 15 neutrons.cm -2 .s -1 , la concentration en xénon-135 approche une valeur limite. Les concentrations d’équilibre d’iode 135 et de xénon 135 en fonction du flux neutronique sont illustrées dans la figure suivante.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

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