Notation symbolique d’un élément :
Le nombre de neutrons N d’un noyau vaut donc :
😒
N = A
OUI
N = A − Z
😞
N = A + Z
Deux mêmes éléments chimiques (même Z) ayant des nombres de nucléons différents (A différents, donc nombre de neutrons N différents) sont dits isotopes.
Chaque élément chimique peut posséder plusieurs isotopes naturels.
Exemple : dans un échantillon de carbone pur, on trouve trois isotopes :
Combien un noyau de carbone-14 possède-t-il de neutrons ?
OUI
8
😵
6
🥺
14
Un noyau instable va se désintégrer en noyaux fils plus stables. Parfois, les noyaux fils sont eux-mêmes instables, on a alors une chaîne de désintégration jusqu’à des noyaux stables.
Ces désintégrations s’accompagnent d’un dégagement d’énergie très grand qui peut être transporté par différentes particules suivant le type de désintégration. On appelle ce dégagement d’énergie radiation.
Les éléments légers peuvent avoir des isotopes stables (12C et 13C) et d’autres instables (14C) mais au-delà de Z=83 (le Bismuth), plus aucun noyau n’est stable.
Radioactivité α
Le noyau se désintègre en émettant une particule alpha qui est un noyau d’hélium-4.
Le noyau fils possède donc deux protons et deux neutrons de moins que le noyau père.
Exemple :
Radioactivité β-
Le noyau se désintègre en émettant une particule beta- qui n’est autre qu’un électron e-.
C’est en fait un neutron du noyau qui se scinde en un proton et un électron de haute énergie qui est éjecté.
Exemple :
Qu’est-ce qui ne change pas entre le noyau père et le noyau fils ?
😓
N
🤢
Z
OUI
A
Radioactivité β+
La Tomographie par Émission de Positon (PET scan en anglais) est une technique d’imagerie médicale utilisant la détection du rayonnement β+ après injection d’un traceur (en général, l’isotope 18F du fluor incorporé sur une molécule de glucose).
Le noyau se désintègre en émettant une particule beta+, un anti-électron, appelé positron ou positon e+.
Il y a alors scission d’un proton du noyau en un neutron et un positron de haute énergie qui est éjecté.
Radioactivité γ
Exemple de la désintégration β- du 60Co qui peut, suivant les cas, émettre un ou deux photon γ successivement.
Souvent, le noyau fils se retrouve dans un état excité et se désexcite en émettant un photon de haute énergie appelé rayon gamma car dans la partie gamma du spectre électromagnétique (λ < 10-11 m, soit une fréquence ν > 3.1019 Hz et donc une énergie hν > 0,1 MeV).
L’énergie des photons, en joules, est donnée par :
Eγ = E1 - E0 = h·𝞶
où h est la constante de Planck (h = 6,63.10-34 J.s)
et 𝞶 est la fréquence du photon émis (en Hz)
On convertit généralement cette énergie en électronvolt eV avec : 1 eV = 1,6.10-19 J
Rayonnement gamma dans le spectre des ondes électromagnétiques :
Le rayonnement γ est très énergétique (il peut atteindre le GeV)
et très pénétrant (il faut une épaisseur de 5 cm de plomb
ou 15 cm d’eau pour arrêter 90% du rayonnement).
Le noyau se brise complètement, créant deux noyaux fils et d’autres particules.
Dans le cas de l’Uranium 235, une telle fission est induite par l’absorption d’un neutron et elle produit de nouveaux neutrons qui vont pouvoir créer une réaction en chaîne. C’est ce qu’on utilise dans les centrales nucléaires et les bombes atomiques.
Fission spontanée
Dans toute réaction nucléaire, on a conservation de la charge
et conservation du nombre de nucléons.