Techniques radioactives

TECHNIQUES RADIOACTIVES

1. Définitions

1. Radioactivité

La radioactivité 

Phénomène causé par des réactions nucléaires naturelles, impliquant la désintégration de noyaux atomiques instables.

Rappels historiques

1896

Henri Becquerel

Découverte du rayonnement radioactif

Avec la photographie de roches radioactives qui marque ses plaques

1898

Pierre et Marie Curie

Découverte de nouveaux éléments radioactifs (Rn (Radium), Po (Polonium))

1900

Ernest Rutherford

Identification des émissions radioactives : trois types de radiations nucléaires: α, β et γ

[pic 1]

Expérience de Rutherford

Plaque photographique en face d’un chapiteau en plomb soumis à un champ magnétique ce qui met en évidence trois particules :

• α qui est attirée par la borne – donc chargée +
• β attirée par la borne + donc chargée -
• γ qui n’est attirée par aucunes des bornes donc qui est neutre

Différence entre chimie et radiochimie

Chimie :

Les réactions se font toujours au niveau de la couche électroniques des atomes.

• Les noyaux atomiques retiennent leur identité
• Énergies mises en jeu : 1 à 103 kJ
• Lois fondamentales : conservation de la masse, conservation de l’énergie

Radiochimie ou chimie nucléaire (au niveau des noyaux et non des électrons) :

Les noyaux atomiques sont susceptibles de mutations 🡪 réactions nucléaires.

• Énergies mises en jeu 103 à 1010 kJ
• Les élements ne retiennt par leur identité
• Transformation de la matière en énergie : E = mc2 (A. Einstein)

« Alchimie » :

Réactions nucléaires qui impliquent des transformations d’éléments

Exemples : 2H2 + O2 🡪 2 H2O (Chimie)

      146C 🡪 147N + 0-1e- (Radiochimie)

1. Éléments et isotopie

Tableau périodique des éléments ou de Mendeleïv

[pic 2]

Hydrogène (11H) 🡪 Marque les sucres

Carbone (126C) 🡪 Marque les sucres

Soufre (3216S) 🡪 Certaines protéines

Phosphore (3115P) 🡪 Acides nucléiques

Iode (12753I) 🡪 Dans des examens médicaux

Ces 5 éléments émettent un rayonnement β- dont l’énergie de la particule (en MeV) dépend de l’atome.

Le Phosphore est le plus énergétique donc le plus dangereux tandis que le Tritium (31H) est le moins énergétique donc le moins dangereux

Isotopes 

Molécules qui contiennent le même nombre de protons.

Exemple : Hydrogène 1H

Isotope non radioactifs : 2H (deutérium)

Isotope radioactif : 3H (tritium)

[pic 3]

Isotones 

Molécules qui possèdent le même nombre de neutrons

Exemples : 146C et 157N

Isobares 

Atomes qui ont le même nombre de masses

Exemple : 4018Ar, 4019K et 4020Ca

1. Rayonnements

Il existe trois types de rayonnements donc trois formes de radioactivité

Rayonnement α 

Émission d’un noyau Hélium (constitué de 2 protons et de 2 neutrons).

[pic 4]

Rayonnement β-

Transformation d’un neutron en proton accompagnée par l’émission d’un électron

[pic 5]

Rayonnement γ 

Émission d’un rayonnement électromagnétique, de même nature que la lumière visible ou les rayons X, mais beaucoup plus énergétique et donc plus pénétrant.

Plus c’est gros, plus c’est facile à arrêter 🡪 le moins dangereux est le rayonnement α.

1. Loi de décroissance radioactive : période et demi-vie

Propriété des radiations nucléaires 

• Ne peuvent être bloquées par aucun moyen chimique : un noyau atomique instable (radioactif) se désintègre quelque soit la nature chimique de l’atome correspondant.
• Cinétique du 1er ordre, quelque soit la nature du noyau radioactif et quelque soit la nature de sa désintégration. La vitesse de la désintégration est proportionnelle au nombre de noyaux radioactifs présents

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

• La constante de vitesse (k) s’appelle constante de désintégration, caractéristique du noyau radioactif

Définition de la demi-vie ou période 

Temps au bout du quel la moitié de la radioactivité a été par 2

[pic 11]

1. Unités de mesure, effets et dangerosité

Le Becquerel (Bq)

[désintégration par seconde]

🡪 Permet de mesurer le niveau de radioactivité, également appelé activité

🡪 Correspond au nombre d’atomes qui se désintègrent par unité de temps (seconde)

1 Bq = 1 dps = 60 dpm

[pic 12]

Le Gray (Gy)

[quantité d’énergie transférée à la matière, énergie absorbée/masse de matière]

🡪 Permet de mesurer la quantité d’énergie absorbée (dose absorbée) par de la matière (organisme ou objet) exposé à des rayonnements ionisants

🡪 1 Gray correspond à une énergie absorbée de 1 joules par kilo de matière