LA RADIOACTIVITE LE NOYAU ATOMIQUE

- Taille par rapport à l’atome : r atome  10-10 m r noyau  10-15 m - Constituants : nucléons. p+ = charge +, masse = 1,673 10-27 kg nombre : Z, (= nombre d’e- de l’atome) n = charge = 0, masse = 1,675 10-27 kg nombre : N nucléide : A = N + Z (A : nombre de masse, Z : numéro atomique) rayon du noyau  proportionnel à A1/3 notation du nucléide A(Z)X(N)  exemple : 23592U143

Nucléides isotopes : même Z 31H2 21H1 : 0,015 % abondance isotopique identique pour tous les échantillons naturels d’un élément. 11H0 : 99,985 % - naturels - artificiels Z nucléides naturels = 1 à 92 (U) sauf 43 (Tc) et 61 (Pm)

Nucléides isobares = même A 6030 Zn30 6029 Cu31 6027 CO23 6026 Fe34

Nucléides isotones = même N exemple ici N = 14 2410 Ne14 2511 Na14 2612 Mg 14 2713 Al 14 2814 Si14 ... Nucléides isomères = même A, Z, N énergie interne différente 142 keV 99mTc 0 99Tc

Masse du noyau, E de cohésion. Généralement Mnucléide  Z Mproton + (A - Z)Mneutron DM = Z Mproton + (A - Z) Mneutron - Mnucléide El = DM C2 énergie de liaison. Forces de cohésion qui diminuent très vite quand r augmente.

Unités pratiques : - énergie : eV (keV, MeV) ; 1 eV = 1,6 10-19 J - masse : unité de masse atomique l u = 1/12 masse 126 C Masse atomique molaire : 12 g d ’où 1 u = 1 12.10-3 = 1,66.10-27 kg 12 N 1 u = 931,5 MeV / C2

Masse des constituants de l’atome. u MeV / C2 n 1,00866 939,573 p 1,00727 938,279 e 5,486 10-4 0,511

Nombres magiques : N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, ? Z = 2, 8, 20, 28, 50, 82, ?  modèle en couche Nombres d’isotopes stables : Z = 20 N = 20, 22, 23, 26, 28 Z = 50 N = 62, 64 à 70, 72, 74, 76 N = 20 Z = 16 à 20 N = 50 Z = 36 à 40, 42

LA RADIOACTIVITE LES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES

Nucléides lourds - Fission - Emission  AZX  A-4 Z-2Y + 42He++ particule  avec Ec Particules  Ec  4 - 10 MeV. Parcours dans l’eau  0,03 mm. Danger : ingestion, inhalation. Application médicale : radiothérapie de contact. Y peut être instable : « familles » radioactives.

Nucléides avec excès de neutrons : transformation isobarique b- 10n  11p + 0 -1e- +  AZX  A Z+1Y + 0-1e- +   Le spectre en énergie de la particule b- est continu, des énergies faibles jusqu’à un maximum : il y a partage de la DE entre l’électron et un antineutrino. Parcours dans l’eau : quelques millimètres. Danger : ingestion mais aussi contamination externe Application médicale : radiothérapie interne (131 I, 90 Y …) Y peut être instable (radioactidf a ou b-) ou excité (Y*), donnant alors lieu à une transformation isomérique.

Nucléides avec excès de protons. Transformation p  n - émission b+ 11p  10n + 01e+ + 00 spectre b+ continu, partage de DE - 1,02 MeV. donc DE  1,02 MeV pour que la transformation soit possible. Lorsque le b+ a perdu son énergie cinétique, il se dématérialise 01e+ + 0-1e-  2 00  Deux photons de dématérialisation E = 511 keV Les 2 photons de dématérialisation sont antiparallèles. AZX  AZ-1Y + 00 + 01e+ (polyénergétique) + 2 00  (monoénergétiques) Parcours dans l’eau des b+ : quelques millimètres. Danger : contamination externe et interne par b+ mais aussi irradiation externe par les photons de dématérialisation. Application médicale : TEP

hn - Capture électronique (généralement couche K) : possible sans seuil de DE 11p + 0-1e-  10n + 00 AZX  AZ-1Y +00 Emission de photons X de fluorescence du fait de la vacance électronique. Ehn = EK - EL = (EK - EM) + (EM - EL)... et/ou d’électrons Auger. Applications médicales : Photons X parfois utilisables pour imagerie, le plus souvent pour comptage radioimmunologie … Electrons Auger pour radiothérapie au niveau cellulaire car parcours dans l’eau très court (ordre du µm). e-

Transformation isomérique (TI). TI X* X* X X - Emission de photons gammas, simple, en parallèle ou en cascade. AZX*  AZX + 0og spectre monoénergétique ou de raies Parcours dans l’eau : pouvant atteindre plusieurs cm voire m. Danger : irradiation externe Application médicale : scintigraphie

- Conversion interne : DE confiée à un électron du cortège - Conversion interne : DE confiée à un électron du cortège. Intervient concurremment à l’émission gamma hn e- Suivie de : - Emission de photons X de fluorescence - ou émission d’électrons Auger

Quantitativement : dN = - N(t)  dt  N(t) = N0e- t pour N = N0 : t = T et T = ln2 2  Notion d’activité : A = dN / dt en Bq = désintégrations par seconde. On a donc également A =  N d’où A(t) = A0e- t ou A(t) = A02 - t /T