L’essentiel 2nde CHAP 10 La Radioactivité :
Modélisation des Transformations nucléaires
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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.E = h. υ
2.
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)
Lors d’une désintégration nucléaire, celle-ci respecte les lois de SODDY Conservation de Z (numéro atomique), Conservation de A (Nombre de masse)
- conservation du nombre de masse - conservation du nombre de charge
A = A’ + a Z = Z’ + z
3.
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 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).
4. Réactions Nucléaires Provoquées (Fusion, Fission)
Fission nucléaire
Un noyau lourd est scindé en 2 noyaux plus légers sous l’action d’un neutron rapide. C’est le principe des centrales nucléaires actuelles.
Fusion nucléaire
Formation d’un noyau plus lourd à partir de 2 noyaux légers.
Nécessite de très hautes températures pour vaincre la répulsion électrique des noyaux.
- se réalise au cœur des étoiles - projet ITER (réalisable sur Terre ?)
Ces Réactions Provoquées par l’homme vont s’ accompagner d’un Défaut de Masse (E = mc²) et vont libérer des quantités d’énergies considérables. Cette Energie (lors de la fusion) se retrouve dans le fonctionnement d’une étoile ou d’un bombe Nucléaire.
Dans le cadre d’ une centrale nucléaire, c’est la fission qui est utilisée, cette énergie est récupérée sous forme de chaleur, puis sous forme ‘ énergie cinétique (Turbine) et enfin transformée en Energie électrique (Alternateur).
A l’heure d’ aujourd‘hui, encore plus de 80% de l’ énergie électrique en France est d’origine nucléaire.
Remarque : dans une équation de désintégration nucléaire, il y a
5 . 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.
