Chapitre II : LA RADIOACTIVITE
II.1. La radioactivité
Dans la nature, la plupart des noyaux d'atomes sont stables,
cependant, certains atomes possèdent des noyaux instables, ceci est
dû à un excès de protons, de neutrons, ou encore à
un excès de deux. Ils sont dits radioactifs.
Les noyaux d'atomes radioactifs se transforment
spontanément en d'autres noyaux d'atomes radioactifs ou non. Cette
transformation irréversible d'un atome radioactif en un autre atome est
appelée désintégration. Elle
s'accompagne d'une émission de différents types de
rayonnements.
Figure 1 : Courbe de décroissance radioactive
Le rayonnement alpha est
constitué d'un noyau d'hélium comprenant deux protons et deux
neutrons, il porte deux charges positives.
Le rayonnement bêta est
constitué d'un électron chargé négativement ou d'un
positon
chargé positivement. On parle alors des rayonnements
B- ou B+. La radioactivité bêta est rendue
possible par la présence dans le noyau des forces capables de
transformer un nucléon d'une espèce dans l'autre (un neutron en
proton ou un proton en neutron).
Le rayonnement gamma suit souvent
une désintégration alpha ou bêta. Après
émission de la particule alpha ou bêta, le noyau est encore
excité car ses protons et ses neutrons n'ont pas trouvés leur
équilibre. Il se libère alors rapidement d'un trop-plein
d'énergie par émission d'un rayonnement gamma.
II.1.1. Les sources de la radioactivité
Il existe deux principales sources de radioactivité :
La radioactivité naturelle La radioactivité
artificielle
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II.1.1.1. La radioactivité naturelle
Elle comprend les rayonnements cosmiques et rayonnements
telluriques.
II.1.1.1.1. Les rayonnements
cosmiques
Le rayonnement cosmique provient du soleil, des étoiles
et des autres galaxies. C'est la composante primaire.
Elle est constituée pour l'essentiel de protons, d'électrons et
d'alpha ayant de grandes énergies.
Ce rayonnement cosmique primaire
interagit avec les noyaux des atomes de la haute
atmosphère terrestre (oxygène et azote notamment) par spallation
(interactions des particules de très haute énergie avec des
noyaux plus lourds, ce qui entraîne la formation des noyaux plus
légers), capture neutrons, etc. pour donner naissance au
rayonnement cosmique secondaire (photons, protons, neutrons,) et
aux radionucléides cosmogéniques. Ce
sont ces rayonnements que nous recevons sur la terre.
II.1.1.1.2. Les rayonnements
telluriques
Ce sont des éléments radioactifs qui ont
existé sur la terre depuis sa création et ils sont
présents dans les roches, les sols et dans beaucoup de matériaux
de construction. Leur concentration est généralement très
faible et elle varie selon la nature des roches.
Ils se désintègrent en une seule fois pour
donner un élément stable (comme le potassium 40); soient ils
produisent une longue série de désintégrations (filiation
radioactive) avant d'obtenir un élément stable : ce sont les
familles radioactives de l'Uranium 238, l'Uranium 235 et du Thorium 232.
La plupart des éléments radioactifs existant
à l'état naturel appartiennent à ces trois séries
de transformations.
a. Séries radioactives
Une chaîne de désintégration, dite encore
filiation radioactive, désigne une
série de désintégrations, apparaissant par transformation
spontanée d'un radioisotope instable, permettant d'arriver à un
élément chimique dont le noyau atomique est stable.
Le plomb est généralement le point stable auquel
les chaînes de désintégration
s'arrêtent.
1. L'Uranium et ses séries de
désintégration
L'uranium naturel est un élément radioactif
très répandu dans la nature. On le retrouve notamment dans les
granites ainsi que dans d'autres gisements minéraux. Tel qu'il est
extrait de son minerai contient 99.275% de l'isotope 238, 0.719% de l'isotope
235 et 0.005% de l'isotope 234. Les rayonnements émis par l'uranium sont
principalement de type alpha.
L'uranium a 17 isotopes, tous radioactifs, dont 3 seulement sont
présents à
l'état naturel : 238U ; 235U et
234U. Le troisième isotope 234U appartient
à la chaîne de désintégration de
l'238U.
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? L'uranium 238
L'uranium 238 pénètre dans l'organisme par
l'alimentation et il se concentre essentiellement dans les os et les reins.
L'apport par l'eau de boisson est en général négligeable.
Il comporte treize principaux descendants radioactifs émetteurs ?,
â-, et Y et aboutit à un élément stable,
le plomb.
Figure2 : Séries radioactives naturelles de
l'Uranium 238.
? L'uranium 235
L'235U, émetteur ?, il comprend treize
descendants principaux dont le
dernier est le 207Pb qui est stable.
Figure 3 : Séries radioactives naturelles de
l'Uranium 235.
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2. Le Thorium et sa série de
désintégration
Cette chaîne radioactive se termine par le
208Pb (Stable), le thorium naturel est composé presque
entièrement de 232Th et de très petites
quantités de
234Th, 230Th, 231Th et
227Th. Il appartient à la série des actinides ; il est
présent, en particulier, dans les chaînes de décroissance
radioactive de l'uranium naturel. Il présente treize radio-isotopes.
Figure 4 : Séries radioactives naturelles du
thorium 232.
3. Le Potassium-40
Le Potassium-40 (40K) est un isotope radioactif
naturel de l'élément potassium, l'abondance atomique relative du
40K est de 0,0117%. Il se situe entre deux isotopes stables et
beaucoup plus abondants (39K et 41K) qui constituent
93.25% et 6.73 % de cet élément. Le potassium-40 possède
la particularité de se désintégrer en deux noyaux
différents : dans 89.28 % des cas en calcium-40 par
désintégration bêta-moins ; dans 10.72 % des cas en
argon-40 par capture électronique suivie d'un gamma de 1,46 MeV.
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Figure 5 : Schéma de désintégration du
40K.
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