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QUE FAIRE DES DÉCHETS RADIOACTIFS ?

Discipline : •Physique

Objectifs :

•Comprendre les processus physiques impliqués dans la radioactivité.

•Analyser l’évolution d’un isotope radioactif dans le temps.

•Découvrir et comprendre une chaîne de filiation.

•Comprendre les modes de stockage des déchets radioactifs en fonction des isotopes qu’ils contiennent.

Discipline : •Physique

Objectifs :

•Comprendre les processus physiques impliqués dans la radioactivité.

•Analyser l’évolution d’un isotope radioactif dans le temps.

•Découvrir et comprendre une chaîne de filiation.

•Comprendre les modes de stockage des déchets radioactifs en fonction des isotopes qu’ils contiennent.

QUE FAIRE DES DÉCHETS RADIOACTIFS ?

• Lisez le texte et consultez le site Internet ci-dessous pour vous documenter sur l’iode et ses isotopes, en particulier l’Iode-131.

L’iode-131 est un radionucléide artificiel issu de la fission de noyaux lourds (uranium, plutonium…). Il est produit industriellement en réacteur nucléaire.Emetteur bêta et gamma, la durée de sa demi-vie est de vie de 8,02 jours. Il produit 4,6 PétaBq/Kg. (Péta = 1015)Ses applications sont nombreuses, notamment en médecine ou il est administré par voie orale pour le traitement des hyperthyroïdies ou des cancers thyroïdiens. Dans l’industrie, il est utilisé pour tester l’efficacité des pièges à iode.

L’iode-131 est un radionucléide artificiel issu de la fission de noyaux lourds (uranium, plutonium…). Il est produit industriellement en réacteur nucléaire.Emetteur bêta et gamma, la durée de sa demi-vie est de vie de 8,02 jours. Il produit 4,6 PétaBq/Kg. (Péta = 1015)Ses applications sont nombreuses, notamment en médecine ou il est administré par voie orale pour le traitement des hyperthyroïdies ou des cancers thyroïdiens. Dans l’industrie, il est utilisé pour tester l’efficacité des pièges à iode.

1re mission : gérer un isotope contenu dans les déchets radioactifs : l’Iode-131

http://www.ostralo.net/3_animations/swf/diagrammeNZ_1.swf

• Présentez vos analyses concernant l’iode-131, ses caractéristiques, sa réaction de désintégration.

• Si vous étiez en charge de la gestion de déchets radioactifs contenant principalement de l’iode 131 et des isotopes ayant une durée de vie comparable, quelle décision prendriez-vous ?

• L’uranium-238 se désintègre par rayonnement alpha. Grâce au document sur le rayonnement alpha et au graphique interactif de la « vallée de stabilité », trouvez quel est son radionucléide « fils ». Ecrivez sa réaction de désintégration.

2e mission : découvrir la chaîne de filiation de l’Uranium-238

www.dechets-radioactifs.com http://www.ostralo.net/3_animations/swf/diagrammeNZ_1.swf

Le rayonnement alpha Le rayonnement alpha est émis par les atomes possédant trop de protons ou de neutrons. Il correspond à l’émission d’un noyau d’atome d’hélium, composé de deux protons et de deux neutrons : la particule alpha. Sa portée dans l’air est de quelques centimètres seulement. Il peut être arrêté par une simple feuille de papier.

Exemple : un atome de radium 226 se transforme en un atome de radon 222. Sa désintégration provoque l’émission d’une particule alha.

Le rayonnement alpha est émis par les atomes possédant trop de protons ou de neutrons. Il correspond à l’émission d’un noyau d’atome d’hélium, composé de deux protons et de deux neutrons : la particule alpha. Sa portée dans l’air est de quelques centimètres seulement. Il peut être arrêté par une simple feuille de papier.

Exemple : un atome de radium 226 se transforme en un atome de radon 222. Sa désintégration provoque l’émission d’une particule alha.

• Reconstituez maintenant l’ensemble de la chaîne de filiation de l’Uranium-238 en vérifiant pour chaque isotope le type de désintégration. Tracez sur le graphique la chaîne de désintégration complète.

2e mission : découvrir la chaîne de filiation de l’Uranium-238

• Vérifiez vos réponses à l’aide de ce document, accessible sur ce site : http://www.ccnr.org/decay_U238_f.html

2e mission : découvrir la chaîne de filiation de l’Uranium-238

• Grâce à vos recherches sur la chaîne de filiation de l’uranium-238, présentez la problématique de la gestion des déchets radioactifs contenant principalement cet isotope.

2e mission : découvrir la chaîne de filiation de l’Uranium-238

ANNEXES

1. Ancrage dans les programmes scolaires

2. Texte de la voix off de l’animation pédagogique

1. Ancrages dans les programmes scolaires

Physique – Chimie (Bulletin officiel n° 9 du 30 septembre 2010)

Seconde : •Même si la thématique de la radioactivité n’est pas citée dans les programmes, elle permet d’aborder des notions fondamentales : •Imagerie médicale : utilisation des ondes pour produire des images du corps humain•Des atomes aux ions : le modèle de l’atome et l’expérience de Rutherford•Transformations chimiques et activité physique : effets thermiques d’une transformation•Pression et plongée : relation force pressante/pression

1ère S : •Interaction lumière-matière / Modèle corpusculaire de la lumière : le rayonnement gamma•Réactions chimiques - Molécules organiques •Cohésion et transformation de la matière : radioactivité naturelle et artificielle, isotopie•Réactions nucléaires : Bilan d'énergie – Équivalence masse-énergie •Transferts thermiques •Convertir l'énergie : Ressources énergétiques renouvelable ou non, Production d'énergie électrique, Puissance •Synthétiser des molécules et fabriquer des nouveaux matériaux : Synthèse et propriété des matériaux amorphes, polymères.

Terminale S : •Détecteurs d'ondes et de particules : Extraire et exploiter des informations sur des sources d'ondes et de particules/dispositifs de détection •Transferts d'énergie entre systèmes macroscopiques : Transferts thermiques – bilans énergétiques •Enjeux énergétiques •Créer et innover : Culture scientifique et technique ; relation science-société. Métiers de l'activité scientifique

1. Ancrages dans les programmes scolaires

Sciences (Bulletin officiel n° 9 du 30 septembre 2010)

En 1ère ES et L

•Optimisation de la gestion et de l’utilisation de l’énergie.

•Transport et stockage de l’énergie.

•Rechercher et exploiter des informations pour comprendre :– la nécessité de stocker et de transporter l’énergie ;– l’utilisation de l’électricité comme mode de transfert de l’énergie ; – la problématique de la gestion des déchets radioactifs.

•Analyser une courbe de décroissance radioactive.

2. Texte de la voix off de l’animation pédagogique

Que faire des déchets radioactifs ?

Les déchets radioactifs sont gérés selon leur nature. Ceux ayant une très faible activité ou une durée de vie courte sont stockés en surface dans plusieurs épaisseurs de béton. Pour ceux de moyenne activité à vie longue ou de haute activité, un projet de stockage profond est en cours afin de les isoler dans des galeries creusées à 500m sous le sol dans une couche d’argile particulièrement stable et imperméable.Pourquoi y a-t-il des modes de stockage différents ? Pour le comprendre, il faut connaître les deux notions principales de physique qui interviennent dans le choix : l’intensité de la radioactivité et le temps nécessaire à sa décroissance. La radioactivité, c’est la désintégration spontanée de noyaux d’isotopes instables. Son intensité, c’est-à-dire le nombre de désintégrations par seconde, est mesurée en becquerels pour un poids donné. 1 Bq = 1 désintégration par seconde. On peut donc mesurer l’intensité de la radioactivité de n’importe quel objet, 150 Bq/Kg pour les légumes verts par exemple. Lorsqu’on cherche à se protéger et à confiner la radioactivité, on prend aussi en compte le type de rayonnement (autrement dit, de particules) produit par la désintégration : , ou . Le pouvoir de pénétration dans l’air est très faible pour les particules : une simple feuille de papier suffit à les arrêter. Il faut une feuille d’aluminium pour stopper les particules . Quand aux rayons gamma, de fortes épaisseurs de plomb ou de béton sont nécessaires pour les bloquer. Prenons l’exemple d’un isotope contenu dans certains déchets radioactifs : le Césium-137. Instable (3,2 TBq/g), il va se désintégrer et donner naissance à un nouvel isotope (le Baryum-137), qui lui-même se désintègrera à son tour, et ainsi de suite jusqu’à devenir un isotope stable. On dit que la désintégration est un phénomène de chaîne, aussi appelé chaîne de filiation. Chaque isotope a un niveau de radioactivité propre, mais un déchet radioactif contient de nombreux isotopes d’intensités d’activité différentes. L’intensité n’est donc pas un critère suffisant pour gérer un déchet radioactif. Il faut aussi prendre en compte le temps nécessaire à la décroissance de sa radioactivité. Ce temps dépend des isotopes contenus dans le déchet. On connaît en effet le temps au bout duquel un échantillon d’un même isotope a perdu la moitié de sa radioactivité. C’est sa « période radioactive » ou « demi-vie ». Le Césium-137 a par exemple une demi-vie d’environ 30 ans. C’est-à-dire qu’un échantillon de Césium-137 sera deux fois moins radioactif au bout de 30 ans et 1 000 fois moins radioactif au bout de 300 ans. L’iode-129, en revanche, a une demi-vie longue, de 16 millions d’années : il faudra donc plus de cent soixante millions d’années avant que la radioactivité d’un échantillon d’iode 129 ne soit divisée par 1 000. Pour prendre des mesures visant à confiner la radioactivité, on distingue donc les déchets radioactifs qui contiennent principalement des isotopes à vie courte comme le Césium-137 de ceux qui contiennent une majorité d’isotopes à vie longue comme l’iode 129. Les principes physiques d’intensité radioactive et de demi-vie des isotopes amènent ainsi les scientifiques à analyser les déchets radioactifs en fonction des isotopes qu’ils contiennent. Des solutions de gestion adaptée en découlent. Les déchets à vie courte, qui nécessitent d’être isolés seulement quelques centaines d’années, sont stockés dans des centres en surface. Les déchets à vie longue, au contraire, doivent être isolés et protégés de toute intrusion humaine à long terme. Seul le stockage profond est une solution durable sur une très longue échelle de temps car il assure la gestion passive des déchets, sans intervention humaine nécessaire, pendant plusieurs centaines de milliers d’années.

Un document en

préparé par l’ANDRA

et

QUE FAIRE DES DÉCHETS RADIOACTIFS ?