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Texte intégral

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L’essentiel TSTI2D CHAP 15 La radioactivité et ses dangers

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. Qu’est-ce que la « radioactivité » ? (S30, S31 et S32)

① Rappels sur le noyau (S30)

Le noyau d’un atome associé à un élément X est représenté par le symbole ci-contre  Il comporte Z protons et N = A-Z neutrons, soit A nucléons.

Un élément chimique est caractérisé par son n° atomique Z (connaître Z donne X et inv.)

Deux noyaux sont isotopes s’ils ont même Z mais A différent : ils diffèrent donc par leur nombre de neutrons N.

Applications directes :

- Le noyau contient Z = 91 protons et N = A – Z = 235 – 92 = 143 neutrons

- Les noyaux et sont des isotopes (le carbone 12 possède 6 neutrons alors que le carbone 14 possède 8 neutrons)

② Un noyau radioactif, appelé noyau père, est un noyau instable qui se désintègre spontanément en un autre noyau, appelé noyau fils avec émission d’une particule (α, β- ou β+ : voir plus loin) et d’un rayonnement  (quand le noyau fils formé est

« excité »). Le danger de la radioactivité résulte des particules émises et du rayonnement  car ils (particules et rayonnements) ont un pouvoir plus ou moins pénétrant et ionisant capable d’altérer la matière et en particulier les structures vivantes (et son ADN). Ils sont donc cancérogènes, voire mortels.

- Qu’est-ce que le pouvoir pénétrant ? Illustration du pouvoir pénétrant des différents rayonnements :

- Qu’est-ce que le pouvoir ionisant ? : le pouvoir ionisant d’une particule ou d’un rayonnement traduit son aptitude à ioniser la matière. L’ionisation des organismes vivants est nocive voire mortelle. Les particules  sont peu pénétrantes mais très ionisantes alors que le rayonnement  est très pénétrant mais moins ionisant que les particules . Rappelons que le rayonnement  est le plus énergétique qui soit (très courte longueur d’onde, très haute fréquence et donc très forte énergie puisque E = h : voir CHAP 13).

③ Du modèle corpusculaire à l’énergie du photon (S32)

La lumière, phénomène ondulatoire, présente aussi un aspect « corpusculaire » car des expériences montrent que la lumière peut arracher des électrons à la matière.

On appelle « photon » un grain de lumière. Chaque photon possède une énergie E proportionnelle à sa fréquence υ. voir animation ICI

h = 6,62. 10-34 J.s υ : fréquence en Hertz(Hz)

E

en Joules (J) Plus la fréquence du photon est élevée (et la longueur d’onde petite puisque λ = c/ υ) plus l’énergie est importante.

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. Différents types de radioactivité (S29)

Il existe 3 types de radioactivité car il existe 3 types de particules émises : la particule  (noyau ), la particule - (un électron e-) ou la particule + (positon ou positron). A chaque type de radioactivité on peut associer une équation de désintégration nucléaire :

Désintégration  (concerne les noyaux lourds)

Désintégration -

(concerne les noyaux avec excès de neutrons)

Désintégration +

(concerne les noyaux avec défaut de neutrons)

- conservation du nombre de masse - conservation du nombre de charge

A = A’ + a Z = Z’ + z

E = h. υ

Remarque : dans une équation de désintégration nucléaire, il y a

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. Comment évolue la radioactivité au cours du temps ? (S33)

① Comment mesurer la radioactivité ? Notion d’activité radioactive

Les particules ou rayonnements issus de la radioactivité ne sont pas perceptibles par nos sens. C’est le côté « sournois » de la radioactivité : elle est invisible, inaudible, inodore…

Il existe plusieurs de type de détecteurs dont le compteur-Geiger-Muller (voir ICI) : tous permettent de déterminer l’activité radioactive.

L’activité radioactive (notée A) d’un échantillon de matière radioactive est le nombre de désintégrations qu’il produit par seconde.

« A » s’exprime en Becquerels (1 Becquerel = 1 désintégration par seconde).

La radioactivité est le plus souvent d’origine naturelle car certains noyaux (comme le carbone 14 ou l’uranium 238) sont radioactifs. De ce fait, les objets de notre environnement sont plus ou moins radioactifs, y compris l’être humain (voir ci-contre).

② Décroissance radioactive – notion de « demi-vie »

Considérons un échantillon de matière radioactive dont l’activité initiale est A0. Au cours du temps, l’activité radioactive de l’échantillon diminue de telle manière qu’elle est réduite de moitié selon une durée t½ appelée demi-vie : la demi-vie t½ d’un échantillon radioactif est la durée au bout de laquelle son activité A a été divisée par 2.

Exemple : la demi-vie du technétium 99 (utilisé en médecine nucléaire) vaut 6 heures. A une date t = 0h, on injecte à un patient un échantillon de technétium 99 d’activité initiale A0 = 50 MBq (méga-becquerel) :

6h plus tard (c'est-à-dire à t = 6h, l’activité radioactive vaudra 25 MBq ; Encore 6h plus tard (à t = 12h), l’activité radioactive vaudra 12,5 Mbq ; Encore 6h plus tard (à t = 18h), l’activité radioactive vaudra 6,25 Mbq etc…

Remarque :

La demi-vie d’un élément radioactif dépend de l’élément considéré : t½( ) = 5760 ans ; t½( ) = 4,5 milliards d’années !

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. La radioactivité et ses dangers (S34 et S35)

① Quels sont les dangers de la radioactivité ? (S35)

- La radioactivité est accompagnée de l’émission de particules ionisantes capables d’altérer l’ADN (effet cancérogène).

- Irradiation : quand l’organisme est exposé à un rayonnement inhabituel, intense et de courte durée

- Contamination : quand l’organisme absorbe un échantillon radioactif, par ingestion, inhalation ou administration médicale.

- L’usage d’écrans ou de combinaisons permet de se protéger en partie ou totalement de la radioactivité.

Pour aller plus loin : Effets de la radioactivité sur l’homme  VIDEO; danger des particules   VIDEO.

② Qu’est-ce que la dose absorbée ? (S34)

La dose absorbée, notée D (en Gray), est le rapport de la quantité d’énergie E reçue par une masse m de matière irradiée :

Capacités exigibles

S29 Citer les différents types de radioactivité et préciser la nature des particules émises ou des rayonnements émis.

  

S30 Définir l'isotopie et reconnaître des isotopes.

  

S31 Positionner le rayonnement gamma dans le spectre des ondes électromagnétiques.

  

S32 Interpréterles échanges d'énergie entre rayonnement et matière à l'aide du modèle corpusculaire (=H48)

  

S33 Exploiter une courbe de décroissance radioactive et le temps de demi-vie d'une espèce radioactive.

  

S34 Citer l'unité de mesure de la dose d'énergie absorbée.

  

S35 Citer les risques liés aux espèces radioactives et exploiter une documentation pour choisir des modalités de protection.

  

D =

E = énergie des radiations (en Joules J) m : masse du corps irradié en kg D : dose absorbée en Grays (Gy)

Références

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