Chap. XI RADIOACTIVITE ET REACTIONS NUCLEAIRESCompétences attendues :

• Connaître la définition et des ordres de grandeur de l'activité exprimée en becquerel.

• Utiliser les lois de conservation pour écrire l'équation d'une relation nucléaire.

• Utiliser la relation E_libérée= ∣Δm∣c²

• Recueillir et exploiter des informations sur les relations nucléaires (domaine médicale, domaine énergétique, domaine astronomique,....).

I. La radioactivité 1°) Notion d'isotopie

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2°) Cohésion du noyau et radioactivité

Dans la nature, la plupart des noyaux d'atome sont stables ; cette stabilité étant assurée par l'interaction forte qui compense l'interaction électromagnétique qui existe entre deux protons (répulsion électrique).

Cependant, les noyaux isotopes d'un élément ne sont pas tous stables.

Ces noyaux instables vont alors se transformer spontanément en d'autres noyaux : ils se désintègrent en émettant des rayonnements sous forme de particules chargées et, souvent, d'ondes électromagnétiques.

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Lorsque ces noyaux radioactifs sont naturellement présents dans notre environnement, il s'agit de radioactivité naturelle.

Exemple : Le granit contient naturellement de l'uranium qui se désintègrent en radium. Le radium se désintègre en un gaz, lui-même radioactif : le radon.

L'Homme sait, depuis un siècle, créer des éléments radioactifs par collision de particules dans des accélérateurs : c'est la radioactivité artificielle.

3°) Les lois de conservation (loi de Soddy)

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4°) Les différents types de désintégration

➢ Désintégration α

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Exemple : le polonium 210 ²¹⁰₈₄

Po →

Pb +

He

➢ Désintégration β^-

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Exemple : le carbone 14 ¹⁴₆

C →

N +

e +

̄ ν

➢ Désintégration β⁺

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5°) Activité radioactive

La radioactivité est un phénomène aléatoire.

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Activités moyennes de quelques objets quotidiens données pour 1kg :

Eau du robinet Lait Corps humain Poisson Granite

1 à 2 Bq 80 Bq 110 à 140 Bq 100 à 400 Bq 8000 Bq

L'activité dépend de la nature du radioisotope, mais aussi de la quantité de matière radioactive dans l'échantillon considéré.

II. Les réactions de fission et de fusion 1°) La fission nucléaire

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Exemple : réacteur nucléaire ou bombe A (plutonium 239)

0

n

1

+

U →

Cs +

Rb + 3

n

2°) La fusion nucléaire

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Exemple : ₁²

H +

H →

He +

n

Ces réactions de fusion et fission libèrent une quantité importante d'énergie.

III. Bilan d'énergie

1°) Equivalence masse-énergie

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En physique nucléaire, on utilise :

- l'électronvolt comme unité d'énergie (1 eV = 1,60218 x 10^-19 J)

- l'unité de masse atomique comme unité de masse (1 u = 1,66054 x 10^-27 kg) 2°) Défaut de masse et énergie

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Ce défaut de masse correspond à une libération d'énergie : cette énergie correspond à l'énergie de liaison du noyau qui assure la cohésion du noyau.

Cette énergie de liaison, notée El, est l'énergie à fournir pour séparer les constituants d'un noyau.

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L'énergie libérée par la fission d'un noyau d'uranium est de l'ordre de 200 MeV.

L'énergie libérée par la fusion d'un noyau de tritium et d'un noyau de deutérium est de l'ordre de 20 MeV.

Pour comparer, il faut calculer les énergie libérées par nucléon : on trouve un ordre de grandeur de 1 MeV par nucléon, la fusion libérant plus d'énergie que la fission.