La décroissance radioactive Au programme de terminale S : La décroissance radioactive Le programme officiel donne comme exemples d’activités : Utilisation du compteur de radioactivité pour : Tracé de courbes d’évolution de la décroissance Caractère aléatoire de la désintégration ; analyse statistique des comptages Mesure de la radioactivité naturelle

Avec le compteur de radioactivité naturelle on peut donc faire : L’étude expérimentale de la décroissance radioactive du radon 220 en classe de terminale S (en TP) en 6 min. L’étude expérimentale du caractère aléatoire de la désintégration radioactive (en TP) en 1 h. L’étude expérimentale de la décroissance radioactive du radon 222 sur une semaine (classe de terminale S). La Mesure de l’activité liée au radon 222 dans l’air.

Le radon est l'élément de numéro atomique 86 qui appartient à la famille des gaz rares c'est-à-dire à la famille des gaz chimiquement inertes (dernière colonne du tableau périodique des éléments). Il est émis par les roches granitiques et schisteuses qui contiennent dans des proportions très variables deux radioéléments naturels ubiquitaires de l'écorce terrestre, présents naturellement dans le sol : l'uranium (composé de deux isotopes 235U et 238U) le thorium. Le radon provient de la désintégration de l'uranium et du thorium. Le radon naturel se compose de 3 isotopes : - le radon 219 appelé «actinon», de demi-vie t½ = 3,96 s - le radon 220 appelé «thoron », de demi-vie t½ = 55,61 s - le radon 222 , de demi-vie t½ = 3,82 d (3,82 jours)

Le radon est produit en permanence par désintégration radioactive d'isotopes du radium appartenant aux familles naturelles de l'uranium 235, du thorium 232 et de l'uranium 238 : Sa teneur en surface est variable mais sa concentration élevée est essentiellement le fait de la présence de sous-sols granitiques ou volcaniques associée à l'existence de fissures dans le sol ou à la porosité de celui-ci, ce qui favorise la diffusion du radon vers la surface. C'est ainsi que sont particulièrement concernés en France, la Bretagne, la Corse, le Massif Central et les Vosges, régions dans lesquelles 27 départements ont été identifiés comme potentiellement exposés au radon. A noter que dans les zones exposées, de fortes disparités géographiques peuvent être néanmoins observées ; de plus, la présence de radon est soumise à des variations journalières (jour-nuit), climatiques ou encore saisonnières.

Sauf exceptions, les demi-vies des isotopes 219 et 220 sont beaucoup trop courtes pour leur permettre de traverser les couches rocheuses et polluer l’air atmosphérique. Le radon 222 est le plus dangereux. Il a, en effet, largement le temps de remonter à la surface et contaminer les particules de poussière en suspension dans l’air de ses produits de désintégration (le Plomb, le Bismuth et Polonium) appelés "filles du radon" qui se fixent sur les parois nasales, laryngées et trachéo-bronchiques. Le seul effet sanitaire connu lié aux expositions à des doses élevées de radon est un risque accru de développer un cancer du poumon, toutefois bien loin derrière le tabac.

Étude expérimentale de la décroissance radioactive du radon 220 et traitement des données en 7 illustrations

1. On crée une dépression dans la fiole scintillante

2. On raccorde la fiole «Générateur de radon»…

3. … à la «fiole scintillante» qui se remplit de radon 220

4. On place la fiole scintillante dans le compteur de radioactivité naturelle raccordé à l’ordinateur

5. On lance l’acquisition de «décroissance». Cette expérience doit durée 5 à 6 min.

Un résultat d’expérience : acquisition et traitement

Étude expérimentale de la décroissance radioactive du radon 222 et traitement des données en 7 illustrations

1. On plante la canne (tube percé) dans le sol

2. On crée une dépression dans la fiole scintillante

3. La pression doit être de l’ordre de 100 hPa

4. On raccorde la canne à la fiole qui se remplit du gaz contenu dans le sol (plus ou moins riche en radon 222)

5. On place la fiole scintillante dans le compteur de radioactivité naturelle raccordé à l’ordinateur

6. On lance l’acquisition de «décroissance». Cette expérience doit durer plusieurs jours. Les résultats obtenus dépendent de la zone géographique

Les trois unités radioactives La première : Becquerel : unité légale d’activité  (symbole : Bq). Le becquerel est le nombre de désintégrations par seconde.

Les trois unités radioactives La deuxième : Gray : unité légale de dose absorbée  (symbole : Gy) ou quantité d'énergie communiquée à la matière par unité de masse. Le gray est la dose d'énergie absorbée par un milieu homogène d'une masse de 1 kg lorsqu'il est exposé à un rayonnement ionisant apportant une énergie de 1 Joule : 1 Gy = 1 J/kg. Quelques exemples : une radiographie dentaire : 0,2 mGy, un cliché thoracique : 1 mGy, une séance de radiothérapie : 2 Gy.

Les trois unités radioactives La troisième : Sievert : unité légale d'équivalent de dose qui permet de rendre compte de l'effet biologique produit par une dose absorbée donnée sur un organisme vivant. L'équivalent de dose n'est pas une quantité physique mesurable mais obtenue par le calcul. C'est la dose engendrée par un rayonnement ionisant dont l'effet est égal à celui d'un rayonnement X de 200 à 250 kV. Elle dépend de l'énergie transmise aux tissus, du type de rayonnement et du tissu traversé. Pour les faibles doses, on utilise le milliSievert (symbole mSv) qui représente un millième de Sievert et le microSievert qui représente un millionième de Sievert (symbole µSv). Quelques exemples : la radioactivité naturelle moyenne en France et par personne : 2,4 mSv par an, une radiographie pulmonaire : environ 1 mSv.

A titre de comparaison… On peut comparer l'irradiation radioactive au coups de poing donnés par un boxeur :