La Radioactivité Rajae Roch Rajae Roch Par Khouloud Belmrabet Khouloud Belmrabet.

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1 La Radioactivité Rajae Roch Rajae Roch Par Khouloud Belmrabet Khouloud Belmrabet

2 Sommaire I. La découverte de la radioactivité par Henri Becquerel (Analyse documentaire): II. Stabilité et instabilité des noyaux: 1- Composition d'un noyau atomique : 2- Isotopie: 3. Domaines de stabilité et d'instabilité des noyaux : Etude du diagramme (N, Z). III. La radioactivité: 1. Les lois de conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons. 2. La radioactivité a, b-, b+ et l'émission g. 2.1. La radioactivité a. 2.2. La radioactivité b-. 2.3. La radioactivité b+. 2.4. La désexcitation g.

3 I. La découverte de la radioactivité par Henri Becquerel (Analyse documentaire) Le 28 décembre 1895, Wilhelm Conrad Roentgen annonce la découverte d'un rayonnement étonnant capable de traverser l'air, le bois, le papier. Et lorsqu'on interpose la main devant ce rayonnement, ce sont les os de la main que l'on observe. La radio de la main de sa femme est publiée dans tous les journaux et fait sensation dans le monde entier. Le 28 décembre 1895, Wilhelm Conrad Roentgen annonce la découverte d'un rayonnement étonnant capable de traverser l'air, le bois, le papier. Et lorsqu'on interpose la main devant ce rayonnement, ce sont les os de la main que l'on observe. La radio de la main de sa femme est publiée dans tous les journaux et fait sensation dans le monde entier. Dès la mi-janvier, dans tous les pays occidentaux, des médecins et des physiciens utilisent l'appareillage décrit par Rœntgen pour prendre des radiographies. À Paris, Henri Poincaré présentera à l'Académie des Sciences le 20 janvier, les premiers examens radiologiques. Lors de cette séance, Poincaré suggère à Henri Becquerel d'explorer les relations entre phosphorescence et émission de rayons X.

4 Henri Becquerel, polytechnicien, appartenait à une dynastie d'esprits curieux et de savants comme il en existait à l'époque. Il travaillait dans un laboratoire au Muséum d'histoire naturelle et s'intéressait à une grande variété de problèmes liés à la phosphorescence et à la fluorescence. Henri Becquerel, décide de voir si l'émission des rayons X est liée à la phosphorescence.

5 Parmi les substances phosphorescentes, il choisit un sel (ion) d'uranium. Il exposa ce sel au soleil pendant quelques heures ; puis, sur une plaque photographique enveloppée de papier noir, Henri Becquerel disposa deux lamelles du sel et une pièce de monnaie d'argent entre la plaque et les lamelles. Au développement, sur la plaque apparurent les lamelles et l'ombre portée de la pièce. H. Becquerel rangea les lamelles dans un tiroir, sur une plaque photographique vierge. Mais le lendemain, le 26 février 1896, le ciel est voilé, il ne peut exposer au soleil le sel phosphorescent d'uranium et range celui-ci dans un tiroir, avec une plaque photographique vierge enveloppée dans du papier noir. Quelques jours plus tard, le soleil reparut. Avant de réexposer le sel d'uranium au soleil, il vérifia d'abord l'état de la plaque photographique non utilisée. A son grand étonnement, bien que les lamelles ne se trouvaient pas en état de phosphorescence la plaque restée au contact des lamelles était fortement impressionnée.

6 Il découvrit ainsi par hasard que ce sel a émis spontanément un rayonnement pénétrant capable d'impressionner la plaque photographique. Henri Becquerel établit ensuite que plusieurs sels d'uranium, phosphorescents ou non, ont la même propriété et donc que ce rayonnement est émis par l'uranium. Il appelle les rayons émis : les rayons uraniques. Il constate qu'ils sont capables d'électriser l'air. L'intensité ne décroissant pas avec le temps, Henri Becquerel se demande " d'où l'uranium emprunte l'énergie qu'il émet avec une telle persistance ? "

7 Question discussion réponse : A partir de votre expérience personnelle, durant laquelle vous avez certainement déjà passé une " radio ", décrivez simplement le principe et l'intérêt des radiographies. Pourquoi l'application suivante de la phosphorescence a-t-elle été abandonné? " Certaines montres fabriquées dans la première moitié du XXe siècle utilisaient des traces de radium pour exciter en permanence la peinture phosphorescente de leurs aiguilles. Lors de leur fabrication, les ouvriers utilisait un pinceau parfois mis en bouche pour pouvoir réaliser le tracé avec beaucoup plus de finesse. " En quoi, le fait que les plaques aient été laissé à l'obscurité, constitue une expérience témoin ? Connaissez-vous d'autres éléments chimiques isolés, que les éléments radioactifs, capables d'émettre de l'énergie sans qu'ils en aient reçus ? Citer le nom d'autres savants ayant participé à la compréhension de la radioactivité ?

8 Réponses : On place une plaque sensible aux Rayons X sous le membre à radiographier. Le membre est soumis à un rayonnement X. Les parties opaques tels que les os ne laissent passer que très faiblement les rayons X. Sur la plaque photographique ont observe les ombres des parties opaques. Le radium émet des rayonnements ionisants qui provoquent l'apparition de cancers. La plaque placé dans l'obscurité et ainsi non soumis aux rayons du Soleil permet d'éliminer le paramètre externe " rayons solaires " pour expliquer le rayonnement intrinsèque des sels d'uranium. Non, ils n'existent pas d'autres éléments ayant cette propriété. C'est ce qui constitue l'importance scientifique des radioéléments. Pierre et Marie Curie, etc...

9 Question discussion réponse: II. Stabilité et instabilité des noyaux. 1. Composition d'un noyau atomique: Représentation symbolique du noyau Exemple : le noyau d'hélium 4 a pour représentation symbolique Il est constitué de 4 nucléons (A) : 2 protons (Z) et 2 neutrons (A - Z) Quelles sont les compositions des noyaux suivants : Quelles sont les compositions des noyaux suivants : Réponse: : 6 protons et 8 neutrons : 88 protons et 134 neutrons

10 Quelle est la représentation symbolique du noyau constitué de 92 protons et de 146 neutrons ? Quelle est la représentation symbolique du noyau constitué de 92 protons et de 146 neutrons ? Réponse : Il s'agit du noyau d'uranium de représentation symbolique

11 2. Isotopie. Question discussion réponse : Proposer une définition des isotopes Proposer une définition des isotopes Réponse : Des isotopes sont des noyaux qui ont le même nombre de charges Z, mais des nombres de nucléons différents. (C'est à dire un nombre de neutrons différents).Des isotopes sont des noyaux qui ont le même nombre de charges Z, mais des nombres de nucléons différents. (C'est à dire un nombre de neutrons différents). Autres exemples : les noyauxAutres exemples : les noyaux et Le carbone 14 et le carbone 12 sont des isotopes. sont des isotopes.

12 3. Domaines de stabilité et d'instabilité des noyaux : Etude du diagramme (N, Z). 3.1 Pourquoi certains noyaux sont-ils instables ? La stabilité des noyaux résulte de la compétition entre deux interactions : - L'interaction forte: - L'interaction forte : Attractive Attractive Intense à courte distance Intense à courte distance Active sur les noyaux tels que N = Z Active sur les noyaux tels que N = Z - L'interaction coulombienne (électrique) : Répulsive Répulsive Agit à plus longue distance Agit à plus longue distance Dix fois moins active que l'interaction forte Dix fois moins active que l'interaction forte Lorsque A augmente, l'interaction coulombienne, bien que moins intense finit par l'emporter sur l'interaction forte.Les forces répulsives sont ainsi plus intenses : il y a désintégration du noyau.

13 3.2. Etude du diagramme (N, Z).

14 On distingue 4 domaines différentes : - Le domaine en noir représente les éléments chimiques stables (vallée de la stabilité) On constate que pour des noyaux légers (A 20), les noyaux stables s'écartent de cette bissectrice. Ils sont besoin de plus de neutrons que de protons pour rester stables. - Le domaine en bleu représente les noyaux instables ayant un excès de neutrons - Le domaine en orange représente les noyaux instables ayant un excès de protons - Le domaine en jaune représente les noyaux instables ayant un excès de masse

15 Question discussion réponse : Sachant que: - Un neutron peut se transformer en proton et émettre un électron le mécanisme élémentaire suivant : selon - Une particule " lourde " peut être émise. - Une particule peut être émise. Attribuer à chaque domaine, le type d'émission de particule pouvant être émise afin que les noyaux instables deviennent plus stables.

16 Réponses Les noyaux du domaine en bleu possède un excès de neutrons alors ils vont émettre un électron (électron) Les noyaux du domaine en orange possède un excès de protons alors ils vont émettre une particule (positon). Les noyaux du domaine en jaune possède un excès de masse alors ils vont émettre une particule (noyau d'hélium).

17 III. La radioactivité. 1. Les lois de conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons 1. Les lois de conservation de la charge électrique et du nombre de nucléons. Lors d'une réaction nucléaire, il y a conservation du nombre de nucléonsA et du nombre de charges Z. Lors d'une réaction nucléaire, il y a conservation du nombre de nucléons A et du nombre de charges Z. 2. La radioactivité a, b-, b+ et l'émission g. 2.1. La radioactivité a. La radioactivité a (alpha) est l'émission d'un noyau d'hélium Un exemple de désintégration a : Les lois de conservations sont vérifiées : Conservation du nombre de nucléons : 222 = 218 + 4 Conservation de la charge électrique : 86 = 84 + 2 Le mécanisme général de la désintégration a s'écrit : (remarque : un nouveau noyau est formé car Z a changé)

18 Question discussion réponse : En appliquant les lois de conservations, compléter l'équation suivante : Réponses : Conservation du nombre de nucléons : 226 = 222 + 4 Conservation de la charge électrique : 88 = 86 + 2 Le rayonnement est peu pénétrant. Il est arrêté par une feuille de papier ou quelques centimètres d'épaisseur d'air. Ce sont les poussières radioactives inhalées qui sont dangereuses. 2.2. La radioactivité b-. Le mécanisme général de la désintégration b- s'écrit : remarque : le proton supplémentaire dans Y provient de remarque : le proton supplémentaire dans Y provient de

19 Question discussion réponse : En appliquant les lois de conservations et en utilisant la classification périodique, compléter l'équation suivante : Réponse: Conservation du nombre de nucléons : 60 = 60 + 0 Conservation de la charge électrique : 27 = 28 - 1 Le rayonnement b- est assez pénétrant. Il est arrêté par une feuille métallique Le rayonnement b- est assez pénétrant. Il est arrêté par une feuille métallique.

20 2.3. La radioactivité b+. La radioactivité b+ ( bêta plus) est l'émission d'un positon. Le mécanisme général de la désintégration b+ s'écrit : Question discussion réponse : En appliquant les lois de conservations et en utilisant la classification périodique, compléter l'équation suivante :

21 Réponse: Conservation du nombre de nucléons : 30 = 60 + 0 Conservation de la charge électrique : 15 = 14 + 1 La radioactivité b+ n'affectent que les noyaux artificiels. Cette particule est pénétrante, mais elle a une durée de vie très courte dans la matière. En effet, cette particule d'antimatière s'annihile avec les électrons présents dans la matière selon le mécanisme : avec émission d'un rayonnement gamma g.

22 2.4. La désexcitation g. La radioactivité g ne s'accompagne pas d'émission de particule matérielles. Si le noyau produit par l'une des trois désintégrations précédentes a, b- et b+, est dans un état excité (instable), il peut retrouver son état fondamental (stable) en émettant un rayonnement g. L'état excité d'un noyau se note La particule g n'a pas de masse (A = 0), ni de charge (Z = 0) Le mécanisme général de la désintégration g s'écrit : Exemple : Dans le cas vu précédemment de la désintégration a : Le noyau de radon produit est dans un état excité. Il va se désexciter spontanément selon le mécanisme suivant : Le rayonnement radioactif g est très pénétrant. Il faut une plaque de plomb de 20 cm d'épaisseur pour l'arrêter.

23 Fin