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IAEA International Atomic Energy Agency Bases de Physique Nucléaire - 3 Modes de désintégration radioactive et les types de rayonnement Jour1 – Leçon 3.

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1 IAEA International Atomic Energy Agency Bases de Physique Nucléaire - 3 Modes de désintégration radioactive et les types de rayonnement Jour1 – Leçon 3

2 IAEA Objectif  Comprendre les modes de désintégrations radioactives et types de rayonnement  Apprendre davantage la structure atomique de base; alpha, bêta et émission gamma; émission de positons; les différences entre les rayons gamma et les rayons X; capture d'électron orbital; et la conversion interne 2

3 IAEA Contenu  La structure atomique de base et isotopes  Désintégrations alpha et béta émission gamma  Spectre de décroissance  Différences entre les rayons gamma & rayons- x  Emission de Positons  Capture de l’électron Orbital  Conversion Interne 3

4 IAEA protonneutronélectron Structure Atomique 4

5 IAEA Numéro Atomique (Z) Hydrogène1 Carbone6 Cobalt27 Sélénium34 Iridium77 Uranium92 5

6 IAEA Isotopes Un isotope d’un élément a:  Le même nombre de protons  Un nombre de neutrons différent 1H1H 2H2H 3H3H

7 IAEA Isotopes Le nombre de protons détermine l’élément. Les éléments du même nombre de protons mais un nombre de neutrons différents sont appelés des isotopes. Certains isotopes sont radioactifs.

8 IAEA Décroissance radioactive  Changements spontanés dans le noyau d'un atome instable  Résultat est la formation d’un nouveau élément  Accompagné par une libération d'énergie, soit sous forme de particule ou de rayonnement électromagnétique ou les deux  L’instabilité nucléaire est liée au fait que le rapport N/P est trop élevé ou trop bas 8

9 IAEA Ligne de stabilité N > Z 9

10 IAEA Désintégration Alpha  Émission d'un noyau d'hélium très énergique par le noyau d'un atome radioactif  Se produit lorsque le rapport N/P est trop faible  Résultat d’un produit de désintégration qui a un numéro atomique moins 2 que celui du père et un nombre de masse moins 4 par rapport à celui du père  Les particules alpha sont mono-énergétique 10

11 IAEA Particule Alpha charge +2 Désintégration Alpha 11

12 IAEA Désintégration Alpha 12

13 IAEA Exemple de Désintégration Alpha 226 Ra se désintègre par émission alpha Lorsque le 226 Ra se désintègre, la masse atomique décroit de 4 et le numéro atomique décroit de 2 Le numéro atomique définit l'élément, donc l'élément change du radium au radon 226 Ra  222 Rn + 4 He

14 IAEA Désintégration Bêta  Emission d’un électron par le noyau d’un atome radioactif ( n  p + + e -1 )  Ce processus se produit lorsque le rapport N/P est trop élevé (c'est à dire, un surplus de neutrons)  Les particules bêta sont émises sous forme d’un spectre d'énergies continu (contrairement à des particules alpha) 14

15 IAEA Particule Bêta chargé (-1) Désintégration Beta 15

16 IAEA Désintégration Bêta 16

17 IAEA Désintégration Bêta du 99 Mo 17

18 IAEA Spectre Bêta 18

19 IAEA Règle générale L’énergie moyenne de bêta est le tiers de de son énergie maximale ou: E m = E max1 3 19

20 IAEA Emission de Positon (Bêta + )  Elle se produit quand le rapport N/P est trop faible ( p +  n + e + )  Emet un positon (particule bêta dont la charge est positive)  Il en résulte l’émission de 2 rayonnements gamma (plus d’info sur ça plus loin) 20

21 IAEA Emission de Positon (Bêta + ) 21

22 IAEA Désintégration Positon 22

23 IAEA Désintégration Positon 23

24 IAEA Désintégration Positon 24

25 IAEA Annihilation Annihilation 25

26 IAEA Capture d’un électron Orbital  Appelée aussi capture K  Elle se produit lorsque le rapport N/P est trop faible  C’est une forme de désintégration en compétition avec l’émission du positon  Un électron de la couche orbital est capturé par le noyau: e -1 + p +1  n  Résultat est l’émission d’une raie-x caractéristique 26

27 IAEA Capture d’un électron Orbital 27

28 IAEA Capture d’un électron Orbital 28

29 IAEA radiation path Électron éjecté +1 atome ioniséIonisation 29

30 IAEA Raie-x caractéristique Production des rayons-X électron éjecté L’électron remplit Une vacance 30

31 IAEA SpectreElectromagnétique Spectre Electromagnétique Rayons x et  Infra-rougeUltra-violet Visible Augmentation de langueur d’onde: décroissance de la fréquence et énergie 31

32 IAEA Emissiondu rayonnement Gamma Emission du rayonnement Gamma  Radiations mono-énergétiques émises par le noyau d'un atome excité qui suit une désintégration radioactive  Noyau se débarrassant de son excès d’énergie  Possède des énergies caractéristiques qui peuvent être utilisées pour identifier le radionucléide  Formes excitées de radionucléides souvent désignées comme «métastables », exemple 99m Tc. Ces radionucléides sont appelés aussi “isomères” 32

33 IAEA Gamma Radiation Emissiondu rayonnement Gamma Emission du rayonnement Gamma 33

34 IAEA Emissiondu rayonnement Gamma Emission du rayonnement Gamma 34

35 IAEA Emission du photon Emission du photon Difference entre Rays-X et Rays- Gamma 35

36 IAEA Conversion interne  Processus alternatif par lequel le noyau excité d'un isotope émet des rayons gamma en se débarrassant de l'énergie d'excitation  Le noyau émet un rayonnement gamma qui interagit avec un électron orbital. Cet électron est en suite éjecté de l'atome  Les rayons X caractéristiques sont émis quand les électrons orbitaux extérieurs comblent les postes vacants laissés par les électrons de conversion 36

37 IAEA Conversion interne  Ces rayons-x caractéristiques peuvent eux mêmes être absorbés par les électrons orbitaux éjectés  Ces électrons éjectés sont appelés électrons Auger et ils ont une très petite énergie cinétique 37

38 IAEA Conversion interne 38

39 IAEA Résumé du Mécanisme de Décroissance Radioactive Mode dedésintégrati on Caractéristiques du Radionucléide Père Changement du Numéro Atomique (Z) Changement de la Masse Atomique Commentaires Alpha Pauvre en Neutron -2-4Alphas Monoénergetique Beta Riche en Neutron +10Spèctre d’Energie Beta Positron Pauvre en Neutron 0Spèctre d’Energie Positon Capture Electronique Pauvre en Neutron 0 Capture-K; X-rays caractéristique Emitise Gamma Etat d’Energy Excité Aucun Gammas Monoénergétique Conversion Interne Etat d’Energie Excité Aucun Ejecte Electrons Orbitaux; x-rays caractéristiques et électron Auger émis 39

40 IAEA Résumé  Les bases de la structure atomique étaient décrites  Les isotopes ont été définis  Les modes de désintégration radioactive ont été discutés (y compris alpha, béta, gamma, émission de positon, capture de l’électron orbital, et la conversion interne)  L’ionisation a été définie  La production de rays-X et la différence entre les rayons gamma et les rayons X ont été décrites 40

41 IAEA Où obtenir plus d’information  Cember, H., Johnson, T. E, Introduction to Health Physics, 4th Edition, McGraw-Hill, New York (2009)  International Atomic Energy Agency, Postgraduate Educational Course in Radiation Protection and the Safety of Radiation Sources (PGEC), Training Course Series 18, IAEA, Vienna (2002) 41


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