Déclin radioactif

La désintégration radioactive se produit sur certains éléments chimiques. La plupart des éléments chimiques sont stables. Les éléments chimiques sont constitués d'atomes. Dans les éléments stables, l'atome reste le même. Même dans une réaction chimique, les atomes eux-mêmes ne changent jamais.

Au XIXe siècle, Henri Becquerel a découvert que certains éléments chimiques ont des atomes qui changent. En 1898, Marie et Pierre Curie ont appelé ce phénomène "décroissance radioactive". Becquerel et les Curie ont reçu le prix Nobel de physique pour cette découverte, en 1903.

Le symbole du trèfle est utilisé pour indiquer la présence de matières radioactives.

Exemple

La plupart des atomes de carbone ont six protons et six neutrons dans leur noyau. Ce carbone est appelé carbone 12 (six protons + six neutrons = 12). Son poids atomique est de 12. Si un atome de carbone possède deux neutrons supplémentaires, il s'agit de carbone 14. Le carbone 14 agit chimiquement comme les autres carbones, car ce sont les six protons et les six électrons qui régissent ses propriétés chimiques. En fait, le carbone 14 existe dans tous les êtres vivants ; toutes les plantes et tous les animaux en contiennent. Cependant, le carbone 14 est radioactif. Il se décompose par désintégration bêta pour devenir de l'azote 14. Le carbone 14, dans les petites quantités que l'on trouve à notre sujet dans la nature, est inoffensif. En archéologie, ce type de carbone est utilisé pour déterminer l'âge du bois et d'autres êtres vivants. Cette méthode est appelée datation au radiocarbone.

Différents types de dégradation

Ernest Rutherford a découvert qu'il y a différentes façons dont ces particules pénètrent dans la matière. Il en a trouvé deux types différents, qu'il a appelés la désintégration alpha et la désintégration bêta. Paul Villard a découvert une troisième sorte en 1900. Rutherford l'a appelé la désintégration gamma, en 1903.

Le passage du carbone 14 radioactif à l'azote 14 stable est une décroissance radioactive. Elle se produit lorsque l'atome émet une particule alpha. Une particule alpha est une impulsion d'énergie lorsqu'un électron ou un positron quitte le noyau.

D'autres types de pourriture ont été découverts plus tard. Les types de pourriture sont différents les uns des autres parce que les différents types de pourriture produisent différents types de particules. Le noyau radioactif de départ est appelé noyau parent et le noyau en lequel il se transforme est appelé noyau fille. Les particules de haute énergie produites par les matériaux radioactifs sont appelées rayonnement.

Ces différents types de dégradation peuvent se produire de manière séquentielle dans une "chaîne de dégradation". Un type de noyau se décompose en un autre type, qui se décompose à nouveau en un autre type et ainsi de suite jusqu'à ce qu'il devienne un isotope stable et que la chaîne se termine.

La vitesse de la dégradation

La vitesse à laquelle ce changement se produit est différente pour chaque élément. La décroissance radioactive est régie par le hasard : Le temps qu'il faut, en moyenne, pour que la moitié des atomes d'une substance changent est appelé la demi-vie. Le taux est donné par une fonction exponentielle. À titre d'exemple, l'iode (^131I) a une demi-vie d'environ 8 jours. Celle du plutonium varie entre 4 heures (^243Pu) et 80 millions d'années (^244Pu)

Transformations et énergie nucléaires

La désintégration radioactive transforme un atome qui a une énergie plus élevée à l'intérieur de son noyau en un atome ayant une énergie plus faible. Le changement d'énergie du noyau est donné aux particules qui sont créées. L'énergie libérée par la désintégration radioactive peut être emportée par un rayonnement électromagnétique gamma (un type de lumière), une particule bêta ou une particule alpha. Dans tous ces cas, la modification de l'énergie du noyau est emportée. Et dans tous ces cas, le nombre total de charges positives et négatives des protons et des électrons de l'atome est égal à zéro avant et après la modification.

Décroissance alpha

Lors de la désintégration alpha, le noyau atomique libère une particule alpha. La désintégration alpha fait perdre au noyau deux protons et deux neutrons. La désintégration alpha entraîne la transformation de l'atome en un autre élément, car l'atome perd deux protons (et deux électrons). Par exemple, si l'américium subissait une désintégration alpha, il se transformerait en neptunium, car le neptunium est défini comme ayant deux protons de moins que l'américium. La désintégration alpha se produit généralement dans les éléments les plus lourds, tels que l'uranium, le thorium, le plutonium et le radium.

Les particules alpha ne peuvent même pas passer à travers quelques centimètres d'air. Le rayonnement alpha ne peut pas blesser l'homme lorsque la source de rayonnement alpha est à l'extérieur du corps humain, car la peau humaine ne laisse pas passer les particules alpha. Le rayonnement alpha peut être très nocif si la source se trouve à l'intérieur du corps, par exemple lorsque les personnes respirent de la poussière ou des gaz contenant des matériaux qui se décomposent en émettant des particules alpha (rayonnement).

Décomposition bêta

Il existe deux types de décroissance bêta, bêta-plus et bêta-moins.

Dans la désintégration bêta-moins, le noyau émet un électron chargé négativement et un neutron se transforme en proton :

n 0 → p + + e - + ν ¯ e {\displaystyle n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}} $n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$ .

où

n 0 {\displaystyle n^{0}} $n^{0}$ est le neutron

p + {\displaystyle \ p^{+}} $\ p^{+}$ est le proton

e - {\displaystyle e^{-}} $e^{-}$ est l'électron

ν ¯ e {\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}} ${\bar {\nu }}_{e}$ est l'anti-neutrino

La décroissance bêta-moins se produit dans les réacteurs nucléaires.

Dans la désintégration bêta-plus, le noyau libère un positron, qui est comme un électron mais qui est chargé positivement, et un proton se transforme en neutron :

p + → n 0 + e + + ν e {\displaystyle \ p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}+{\nu }_{e}} $\ p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}+{\nu }_{e}$ .

où

p + {\displaystyle \ p^{+}} $\ p^{+}$ est le proton

n 0 {\displaystyle n^{0}} $n^{0}$ est le neutron

e + {\displaystyle e^{+}} $e^{+}$ est le positron

ν e {\displaystyle {\nu }_{e}} ${\nu }_{e}$ est le neutrino

La désintégration du bêta-plus se produit à l'intérieur du soleil et dans certains types d'accélérateurs de particules.

Décroissance gamma

La désintégration des rayons gamma se produit lorsqu'un noyau produit un paquet d'énergie de haute énergie appelé rayon gamma. Les rayons gamma n'ont pas de charge électrique, mais ils ont un moment angulaire. Les rayons gamma sont généralement émis par les noyaux juste après d'autres types de désintégration. Les rayons gamma peuvent être utilisés pour voir à travers les matériaux, pour tuer les bactéries dans les aliments, pour trouver certains types de maladies et pour traiter certains types de cancer. Les rayons gamma ont la plus haute énergie de toutes les ondes électromagnétiques, et les sursauts de rayons gamma provenant de l'espace sont les plus grandes libérations d'énergie connues.