Radioactivités et réactions nucléaires/Les réactions nucléaires spontanées

Début de la boite de navigation du chapitre

fin de la boite de navigation du chapitre

Pourquoi ont-elles lieu ?

Diagramme de Segré

L'interaction forte assure la cohésion du noyau en compensant la répulsion des protons due à l'interaction électromagnétique.

Si le noyau est trop gros ou si les protons et les neutrons ne sont pas dans une certaine proportion (voir le diagramme de Segré), l'interaction forte ne parvient plus à assurer la cohésion du noyau et celui-ci est dit instable.

Un noyau instable, appelé noyau père, va alors se désintégrer en donnant un nouveau noyau, appelé noyau fils, et en émettant une particule. C'est la radioactivité.

Si le noyau instable existe dans la nature, on parle de radioactivité naturelle. Si le noyau instable est créé en laboratoire et n'existe pas dans la nature, on parle de radioactivité artificielle.

Comment écrire une équation de réaction nucléaire ?

Les éléments chimiques ne se conservant pas lors d'une réaction nucléaire, il est impossible d'écrire l'équation d'une réaction nucléaire en respectant les règles des équations chimiques.

Pour écrire l'équation d'une réaction nucléaire, on utilisera les lois de conservation de Soddy. En effet, lors d'une réaction nucléaire, il y a conservation :

• de nucléons ;
• de la charge (nombre de protons).

Par exemple :

$_{84}^{210}{\textrm {Po}}\rightarrow _{82}^{206}{\textrm {Pb}}^{*}+_{2}^{4}{\textrm {He}}$

Les différents types de désintégration

Type de radioactivité	Alpha (α)	Beta − (β−)	Beta + (β+)
Type de particule émise	$_{2}^{4}{\textrm {He}}$ (noyau d'hélium)	$_{-1}^{0}{\textrm {e}}$ (électron)	$_{1}^{0}{\textrm {e}}$ (positron)
Équation	$_{Z}^{A}{\textrm {X}}\rightarrow _{Z-2}^{A-4}{\textrm {Y}}^{*}+_{2}^{4}{\textrm {He}}$	$_{Z}^{A}{\textrm {X}}\rightarrow _{Z+1}^{A}{\textrm {Y}}^{*}+_{-1}^{0}{\textrm {e}}$	$_{Z}^{A}{\textrm {X}}\rightarrow _{Z-1}^{A}{\textrm {Y}}^{*}+_{1}^{0}{\textrm {e}}$

Le noyau fils est toujours formé avec excédant d'énergie, il est dans un état excité. Il devient stable en libérant cet excédent d'énergie grâce à l'émission d'un photon de fréquence très élevée appartenant au domaine du gamma des ondes électromagnétiques.

Remarque : pour spécifier dans une équation de réaction nucléaire que le noyau est excité, on ajoute un astérisque « * ». Par exemple :

$_{82}^{206}{\textrm {Pb}}^{*}$

Activité et décroissance radioactive

Activité d'un échantillon radioactif

Un échantillon radioactif contient de très nombreux noyaux radioactifs mais tous ces noyaux ne vont pas se désintégrer en même temps. Cela peut prendre de quelques minutes à plusieurs milliards d'années selon l'élément radioactif.

L'activité d'un échantillon correspond au nombre de désintégrations par seconde ayant lieu dans cet échantillon. Elle se mesure en becquerel (Bq).

Le nombre de noyaux radioactifs et donc l'activité d'un échantillon diminue au cours du temps selon la loi de décroissance radioactive (voir graphe).

On appelle demi-vie, la durée au bout de laquelle l'activité A d'un échantillon est divisée par 2.

Par exemple, la demi-vie de l'élément radioactif ci-contre est de 2 minutes.

La demi-vie est caractéristique de l'élément radioactif ! C'est-à-dire qu'un échantillon de 1 kg de plutonium 244 et un échantillon de 2 kg de plutonium 244 n'auront pas la même activité mais ils auront la même demi-vie soit 8,9 millions d'années.