Chapitre 11 : La radioactivité Les objectifs de connaissance : Définir la radioactivité naturelle et artificielle ; Définir l’isotopie ; Connaître les différents types de désintégrations (réactions nucléaires spontanées) ; Définir et utiliser l’activité d’une source radioactive. Les objectifs de savoir-faire : Reconnaître un isotope ; Expliquez la radioactivité naturelle et artificielle ; Utiliser les lois de conservation pour écrire l’équation d’une réaction nucléaire. Thème : COMPRENDRE Domaine : Cohésion et transformation de la matière

Uranium, si puissant et si dangereux ? Un métal devient bombe Diffusion : ARTE Origine : ZDF Pays : Australie Année : 2015 Son : Stéréo Image : HD, 16/9 Version : VF Durée : 52 min On découvrit l'uranium au XIXe siècle, à partir de la pechblende, résidu de l’exploitation des mines d’argent tchèques. Ce n’est qu’au moment où Adolf Hitler incita des physiciens allemands comme Otto Hahn à se pencher sur la construction d’un réacteur expérimental, et sur la fabrication d’un matériau pouvant servir à l’armement nucléaire, que l’uranium se révéla dangereux. Face à la menace d’une bombe atomique, Albert Einstein alerta le président Roosevelt, poussant ainsi le gouvernement américain à mettre sur pied un projet de recherche secret. Les 6 et 9 août 1945, des avions de chasse américains larguèrent deux bombes nucléaires sur Hiroshima et Nagasaki, faisant 155 000 victimes. La contamination radioactive causa la mort de 110 000 autres personnes dans les semaines qui suivirent. Ce documentaire en deux volets suit le physicien Derek Muller, très connu sur Youtube, dans sa quête de réponses concernant l’une des substances les plus dangereuses au monde.

Voir TP n°13 : « La radioactivité » 1. Définitions La radioactivité est la transformation spontanée (ou désintégration) d’un noyau atomique instable en un autre noyau plus stable. Elle s’accompagne de rayonnement ; La radioactivité est dite naturelle lorsque les noyaux instables existent dans la nature et artificielle lorsqu’ils sont créés en laboratoire ; Des noyaux isotopes ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent. Exemple : isotopes de l’hydrogène Hydrogène Deutérium Tritium Représentation symbolique Constitution 1 proton 0 neutron 1 neutron 2 neutrons Modélisation possible

Activité moyenne par kg de quelques objets quotidiens 2. Activité d’une source radioactive La radioactivité est un phénomène aléatoire : Les lois physiques régissant la radioactivité sont statistiques ( élaborées à partir d’un grand nombre d’échantillon d’un noyau donné) ; Le devenir d’un noyau radioactif ne se prédit qu’en termes de probabilité. Définition : L’activité A(t) d’une quantité donnée de substance radioactive mesure le nombre moyen de désintégrations par unité de temps. Elle s’exprime en becquerel (symbole : Bq) : 1 Bq = 1 désintégration par seconde Exemples : Activité moyenne par kg de quelques objets quotidiens Remarque : Pour un échantillon donné, le nombre de noyaux susceptibles de se désintégrer diminue, donc l’activité diminue au cours du temps. L’activité est divisé par 2 au bout d’une durée appelée demi-vie d’un échantillon radioactif. La demi-vie se note t½ et s’exprime en heure (symbole : h), minute (symbole : min) ou seconde (symbole : s).

3. Désintégrations nucléaires 3.1. Les lois de conservation de Soddy Lors d’une désintégration radioactive, il y a : Conservation du nombre de charge Z (de la charge électrique) Conservation du nombre de masse A (du nombre de nucléons) Lois de conservation de Soddy Application : 3.2. Désintégration  Elle est caractéristique des éléments lourds (A > 200) instables ayant un excès de nucléons : Exemple :

Remarques : 3.3. Désintégration - Elle est caractéristique des éléments instables ayant un excès de neutrons : Remarque : La réaction se fait à nombre de nucléons constant (A = cte). Ainsi, si le nombre de protons Z augmente d’une unité alors le nombre de neutrons N diminue d’une unité. Ce qui peut se traduire, en respectant les lois de conservation, par l’équation suivante : Exemple :

3.4. Désintégration + Elle est caractéristique des éléments instables ayant un excès de protons : Exemple : Remarques : - La particule + (positon) a une durée de vie très courte car lorsqu’elle rencontre une particule - (électron), les deux particules s’annihilent et donnent un rayonnement  : - La réaction se fait à nombre de nucléons constant (A = cte). Si le nombre de protons Z diminue d’une unité alors le nombre de neutrons N augmente d’une unité. Ce qui peut se traduire, en respectant les lois de conservation, par l’équation suivante 

Ainsi : (désintégration ) (désintégration +)  L’existence de ces particules fut confirmée plus tard mais on ignore encore leur masse (nulle ou faible). 3.5. Diagramme N/Z

3.6. Désexcitation  Lors d’une désintégration radioactive ( ou ), le noyau fils est en général obtenu dans un état instable (dit état excité, c'est-à-dire ayant un niveau d'énergie élevé). On le note en général Y*. Ce noyau fils ne reste pas dans cet état instable : il évacue cette énergie excédentaire en émettant un rayonnement électromagnétique (rayonnement de faible longueur d’onde). On dit qu'il se désexcite. Ce rayonnement apparaît donc comme un phénomène secondaire de la radioactivité. L’équation de la réaction nucléaire s’écrit : Exemple : radioactivité  La transformation du noyau père en noyau fils (non excité) se fait donc en 2 étapes : Remarque : Les propriétés chimiques d’un atome ne dépendent que des électrons alors que les propriétés nucléaires dépendent de la composition du noyau (protons / neutrons).

 2 atomes, dont les noyaux appartiennent à deux nucléides isotopes, ne pourront pas être différentiés par les propriétés chimiques de l’atome (car ils ont le même nombre d’électrons) mais par les propriétés nucléaires de leurs noyaux (car ils n’ont pas le même nombre de neutrons). Exercice : n°6 p146 (à faire en classe) 3.7. Pouvoir pénétrant de la radioactivité Particules alpha (noyau d’hélium) : pénétration très faible dans l’air, une simple feuille de papier suffit pour arrêter les noyaux d’hélium. Particules  (électron) : pénétration faible, elles parcourent quelques mètres dans l’air. Une feuille d’aluminium de quelques millimètres peut arrêter les électrons.

Particules + (positron) : durée de vie très brève puisqu’au contact de la matière, il se produit la réaction suivante : Rayonnements  : pénétration très grande (plusieurs centaines de mètres dans l’air) qui dépend de l’énergie du rayonnement. Une forte épaisseur de béton ou de plomb permet de s’en protéger. Exercices : n°10, n°12 p146, n°21 & n°22 p147