RADIOACTIVITÉ

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Les différents types de radioactivité

Jusqu'à la fin du xixe siècle, toutes les lois expliquant la nature reposaient finalement sur deux types de forces (les physiciens parlent plutôt d'interactions) fondamentales : la gravitation et l'électromagnétisme. Pourtant, à l'aube du xxe siècle, les physiciens se rendent compte que, si l'on scrute l'infiniment petit, ces deux forces seules sont incapables d'expliquer le comportement des particules évoluant dans ce monde microscopique. Il faut faire appel à deux autres types de forces : l'interaction forte et l'interaction faible, qui étaient jusqu'alors passées inaperçues du fait de leur très faible portée. L'étude de la radioactivité prit une part prépondérante dans cette prise de conscience.

En 1999, on a mis en évidence tous les éléments depuis Z = 1 jusqu'à Z = 112 (une expérience récente prétend avoir mis en évidence les éléments Z  = 114, Z = 116 et Z = 118). Un élément donné possède en général au moins un isotope stable, et plusieurs isotopes radioactifs. Par exemple, on connaît 15 isotopes de l'oxygène (de A  = 12 à A = 26), mais seuls 16O,17O et 18O sont stables. Tous les éléments de Z  = 1 à Z = 83 (sauf Z = 43 et Z = 61) possèdent au moins un isotope stable, et donc sont présents sur la Terre. Ceux de Z = 84 à Z = 92 sont radioactifs, mais encore présents sur la Terre. Les éléments avec Z > 92 n'existent pas naturellement, mais ils ont été fabriqués et étudiés par l'homme. Pour résumer la situation, 280 nucléides sur les 3 000 connus sont stables. La radioactivité est donc un phénomène courant. Les physiciens ont analysé les modes de désintégration les plus fréquents.

On reporte souvent dans un plan (N, Z) l'ensemble des nucléides. On appelle celui-ci la carte nucléaire. On représente chaque nucléide par un petit carré affecté d'une couleur conventionnelle correspondant au mode de désintégration dominant. Cette carte est illustrée dans la figure. Les noyaux stables sont situés dans une zone appelée « vallée de stabilité ». Sur les bords de celle-ci, on trouve les noyaux radioactifs, qui finissent par rejoindre la vallée en empruntant des chemins variés. La forme de cette vallée résulte d'un combat subtil entre l'interaction forte, qui tend à rendre Z = N, et la force électrique, qui tend à séparer les protons.

Nucléides connus

Dessin : Nucléides connus

Carte nucléaire correspondant à l'ensemble des nucléides connus à l'heure actuelle. Chaque nucléide est symbolisé par un carré repéré dans ce plan par son nombre de protons Z (sur la verticale) et son nombre de neutrons N (sur l'horizontale). Les noyaux stables sont représentés en... 

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On distingue traditionnellement trois types de radioactivité : la radioactivité naturelle (émission de particules α), découverte par Henri Becquerel, la radioactivité artificielle (radioactivité β et rayonnementγ), découverte par Irène et Frédéric Joliot-Curie, et la radioactivité exotique, découverte plus récemment (1984) par Herbert J. Rose et G. A. Jones. La radioactivité naturelle provient de trois sources :

– des radionucléides produits en même temps que la Terre il y a 4 milliards d'années (U, Th, Np…) et de leurs nombreux descendants aux durées de vie très diverses (le radium et le radon sont les plus connus) ; cette radioactivité est dite d’origine « tellurique » ;

Familles radioactives « naturelles »

Diaporama : Familles radioactives « naturelles »

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– des rayons cosmiques ;

– des radionucléides produits en permanence par action de ces rayons cosmiques sur des atomes dans la stratosphère ou la haute atmosphère (14C, 3H, …).

Les modes classiques

Radioactivité α

La particule alpha (α) est un noyau d'hélium α = 42He ; c'est une particule très stable. Un noyau possédant un Z grand subit des tiraillements dus à la répulsion électrique des protons. L'expulsion d'un α par un tel noyau devient intéressante, car le noyau résiduel possède une plus faible énergie électrique. Nous avons affaire à une transmutation du genre :

Une grande partie des noyaux lourds se désintègrent de cette façon, avec la propriété que l'énergie Eα de la particule α est unique pour chaque réaction particulière. Ainsi, la désintégration du 238U donne des α de 4,198 MeV.

Radioactivité β

Il existe trois sortes de radioactivité β.

À la base de la radioactivité β est la transmutation d'un neutron (n) en proton (p), selon la réaction :

L'antineutrino ̄ν (antiparticule du neutrino ν) est une particule élémentaire neutre. Lorsque cette réaction se produit à l'intérieur d'un noyau, nous avons une désintégration du genre :
Cette réaction n'est énergétiquement favorable que pour les [...]

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Imagerie médicale : les découvreurs de la radioactivité artificielle

Imagerie médicale : les découvreurs de la radioactivité artificielle
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Nucléides connus

Nucléides connus
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Familles radioactives « naturelles »

Familles radioactives « naturelles »
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Scintillateur liquide du détecteur KamLand
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Pour citer l’article

Bernard SILVESTRE-BRAC, « RADIOACTIVITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 11 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/radioactivite/