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  • Chapitre 2: Noyau atomique et radioactivit

  • Dfaut de masse et nergie de cohsion

  • Unit de masse atomique: u.m.a

    L'unit de masse atomique est dfinie comme le douzime de la masse d'un atome de 126C

    (masse dun atome de carbone 12)

    1 mole datomes de carbone 12 12g N Avogadro atomes x 1 atomes

    Avec NA = 6,022.1023 mol-1 Enfin 1.u.m.a = 1.6604 10-24 g

  • Dfaut de masse

    Energie de cohsion

    Energie de cohsion par nuclon

    Avec C : la vitesse de la lumire C = 3.108m/s 1J = 107 ergs1eV = 1,602.10-19J1MeV = 106eV = 1,602.10-13J1.u.m.a = 1,6604 10-27 Kg

  • Exemple : calcul de lnergie de cohsion de latome : mp = 1,0073 u.m.amn= 1,0087 u.m.aMnoyau = 15,9905 u.m.aZ = 8N = 8 = 0,137 u.m.a =0,137 1,6604 .10-27 = 0,227 .10-27 kgDonc; = 2,11.10-11J

  • Radioactivit

  • Radioactivit: dsquilibre des forces internes du noyau entrainant lmission de rayonnement ionisant : Radioactivit naturelle dcouverte en 1898 par Henrie Becquerel

    Radioactivit artificielle dcouverte en 1934 par Irne et Frderic Joliot-Curie

    Radioactivit

  • Radioactivit La radioactivit est la proprit dun noyau atomique instable de se transformer spontanment en noyaux dune autre espce chimique, avec mission de rayonnement et de particules. Les protons et les neutrons sont colls les uns aux autres grce une force de cohsion appele interaction nuclaire, qui est gnralement suffisante pour les maintenir ensemble. On dit alors que le noyau est stable. Certains noyaux contiennent trop de particules ou renferment trop dnergie de sorte que la force de cohsion nest plus suffisante pour maintenir les neutrons et les protons ensemble. Ils se transforment spontanment avec mission de particules et sans intervention extrieure.Les noyaux sont alors instablesLes nuclides instables sont dits radioactifs

  • Emission dun noyau dhlium Rayonnement Le noyau dhlium est galement appel rayonnement alpha par abus de langage. Ce rayonnement nest pas trs dangereux car quelques millimtres de papier sont suffisants pour le stopper.

    Cette radioactivit ne concerne que les noyaux lourds, dont le numro atomique est en gnral suprieur 74 (tungstne). Le noyau le plus lourd concern par cette radioactivit est luranium 238.

    Le noyau se dsintgre en mettant un noyau dhlium (2 protons et 2 neutrons)Lmission survient pour des noyau lourd

  • Il existe deux type de radioactivit bta : la bta- et la bta+.Lors de la bta-, un neutron se transforme en proton en mettant un lectron (que lon appelle aussi le rayonnement bta, par abus de langage) et un neutrino (une particule de masse trs faible, voire nulle non charge).On a donc lquation : Lors de la bta+, un proton se transforme en neutron en mettant un positon (lanti-particule de llectron) et un neutrino.On a donc lquation : Les lectrons et positons sont mis grande vitesse mais sont facilement absorbs (quelques millimtre daluminium suffisent), ils ne sont donc pas trs dangereux. Rayonnement PositonsNgatons

  • Emission dun noyau dun photon (rayonnement gamma) Rayonnement Lors de ce type de radioactivit, il ny a pas dmission de particules ou de dsintgrations proprement parler. Elle intervient pratiquement aprs chaque transformation radioactive alpha ou bta. Il sagit de lmission dnergie (appele cette fois juste titre rayonnement gamma) due la dsexcitation du noyau fils. En effet, lors de la transformation radioactive, le noyau fils est excit (exitation marque par *), cest--dire que certains de ses lectrons se situent sur des couches lectroniques trop loignes du noyau. Les lectrons auront alors tendance se rapprocher du noyau et cest ce rapprochement, ce saut dune couche lectronique une autre qui provoque lmission dnergie.Cette radioactivit est la plus dangereuse vu quelle produit beaucoup de dgts et quelle est difficile stopper (il faut en gnral quelques mtres de bton)

  • Emission dun noyau dun photon (rayonnement gamma) Rayonnement Rayonnement - Rayonnement Rayonnement +

  • Le pouvoir de pntration des rayonnements

  • Dans quelle mesure la radioactivit est-elle dangereuse pour lHomme ?

  • Lactivit : Cest le nombre de dsintgrations par seconde que subit un chantillon radioactif. Elle sexprime en becquerels.

    La dose absorbe : Cest la quantit dnergie dpose par un chantillon radioactif dans un organisme. Son unit est le gray, quivalent un joule par kilogramme de matire irradie.

    Les effets biologiques dun organisme irradi qui sexpriment en sieverts.

    Le dbit de dose : Il dsigne lintensit momentane dune radiation en un point. Cest une grandeur importante car les effets biologiques dus aux rayonnements dpendent de la dure dexposition pour une mme dose absorbe. Lunit du dbit de dose est le sievert par seconde.Grandeurs relatives la dangerosit de la radioactivit

  • Lactivit : Cest le nombre de dsintgrations par seconde que subit un chantillon radioactif. Elle sexprime en becquerels.

    La dose absorbe : Cest la quantit dnergie dpose par un chantillon radioactif dans un organisme. Son unit est le gray, quivalent un joule par kilogramme de matire irradie.

    Les effets biologiques dun organisme irradi qui sexpriment en sieverts.

    Le dbit de dose : Il dsigne lintensit momentane dune radiation en un point. Cest une grandeur importante car les effets biologiques dus aux rayonnements dpendent de la dure dexposition pour une mme dose absorbe. Lunit du dbit de dose est le sievert par seconde.Grandeurs relatives la dangerosit de la radioactivit

  • La radioactivit qui nous entoure, le rapport entre les doses radioactives reues et les effets dune irradiation

  • Effets en moyenne dune irradiation globale sur lHommeDosimtre

  • Tout lment Radioactif possde une vitesse de dsintgration Le nombre de transformations (dsintgrations) par unit de temps = Activit

    1 Bq (BECQUEREL) = 1 dsintgration par seconde 1 Ci (CURIE) = 3,7.1010 dsintgrations par seconde

    La dsintgration radioactive est un phnomne probabiliste : si lon considre un seul noyau, linstant de dsintgration est imprvisible.

    Laconstante radioactive (symbole ) est la probabilit de dsintgration radioactive pendant le temps t

    Sur un grand nombre de noyaux identiques, le nombre de dsintgrations par seconde est le mme.

  • Tout lment Radioactif possde une vitesse de dsintgration Le nombre de transformations (dsintgrations) par unit de temps = Activit

    1 Bq (BECQUEREL) = 1 dsintgration par seconde 1 Ci (CURIE) = 3,7.1010 dsintgrations par seconde

    Les lments ne se dsintgrent pas au mme temps :

    4,5 milliards et demi danne pour la dsintgration de la moiti lUranium 238 3 minutes pour la dsintgration du Polonium

    Un lment est susceptible de manifester une radioactivit naturelle sil vrifie la relation suivante :

    At = dNt / dt = - Nt

  • Cintique des transformations radioactives

    Evolution dune population datome radioactifs :

    N (t) = N0 e t

    O N (t) = nb datome persistant (non dsintgr) au bout du temps tN0= nombre initial datomes= constante radioactive (s-1)

    Priode radioactive T

    temps au bout duquel 50% des atomes se sont dsintgrs

    N (T) = N0/2=> T = (ln 2) /

    A( t) = A0 e-t

  • 10 0005 000250012506251 T 2 T 3 T 4 T TempsActivit (Bq)T = priode radioactiveLactivit est divise par:- 2: aprs une priode 4: aprs 2 priodes 8: aprs 3 priodesjcgLa dcroissance radioactive

  • Une certaine substance radioactive dont la demi-vie est de 10 s met 2.107 particules alpha par seconde.

    1- Calculer la constante de dsintgration de cet isotope.

    2- Calculer l'activit de cette substance Bq .

    3- Combien y a-t-il de noyaux radioactifs dans cette substance ?

    4- Combien en restera-t-il aprs 30 secondes ?

    Exercice dapplication 1 :

  • Une certaine substance radioactive dont la demi-vie est de 10 s met 2.107 particules alpha par seconde.

    1- Calculer la constante de dsintgration de cet isotope.

    0,693 / 10 = 0,0693 s-1.

    2- Calculer l'activit de cette substance Bq .

    2. 107 Bq

    3- Combien y a-t-il de noyaux radioactifs dans cette substance ?

    A = N0 donne N0 = 2. 107 /0,069 = 2,9 108 noyaux t=0 .

    4- Combien en restera-t-il aprs 30 secondes ?

    30 seconde c'est trois priodesau bout d'une priode : il reste 2,9 108 noyaux ( la moiti a disparu)au bout de 2 priodes, 2,9 108 / 4 noyaux.pour 3 priodes , 2,9 108 / 8 = 3,6 107 noyaux.

    Exercice dapplication 1 :

  • Fission et fusion

  • Fission nuclaire

    La fission nuclaire se dclenche lorsque un neutron se dplaant grande vitesse entre en collision avec un lment de poids atomique lev tels que luranium ou le thorium , sous le choc le noyau se scinde en deux noyaux de poids atomique intermdiaire, plusieurs neutrons sont librs et de lnergie est dgage, les neutrons libres font leurs tour clat dautres noyaux et libres une quantit importante de lnergie qui est utilis dans les centrales nuclaires ( pour le meilleur ) et les bombes atomiques (pour le pire)

  • Lorsquun neutron est captur par un noyau 235U, il cre un noyau 236U instable, de courte dure de vie (~ 10-14 s). Ce noyau subit ensuite une fission.Neutron incident

  • Exemple dapplication 1 : 10n + 23592U 2