Fiche de révision

Les noyaux atomiques radioactifs

Les noyaux de certains éléments chimiques, dit radioactifs, sont instables et se transforment spontanément en d’autres noyaux. Ils sont utilisés pour des datations ou en médecine.

INoyau atomique et radioactivité

La radioactivité est découverte en 1896 par Henri Becquerel, lorsque celui-ci constate que des sels d’uranium émettent des rayonnements pouvant impressionner des plaques photographiques. Il les nomme « rayons uraniques ».

Deux ans plus tard, Marie Curie montre que d’autres éléments, comme le radium, émettent un rayonnement. Elle nomme radioactivité cette émission spontanée de radiations par une substance inerte, sans apport d’énergie extérieure.

La plupart des éléments chimiques ont des noyaux stables, c’est-à-dire qu’ils restent identiques à eux-mêmes au cours du temps. Certains noyaux sont instables, car ils possèdent trop de protons, de neutrons ou trop des deux. Un noyau instable se transforme en un autre noyau, qui peut également être instable. Cette transformation naturelle et irréversible est appelée désintégration.

À noter

Par convention, le noyau radioactif de départ est appelé noyau père, celui issu de la désintégration est le noyau fils.

La radioactivité est un phénomène spontané, inéluctable et aléatoire : il est impossible de prévoir quand se désintégrera un noyau radioactif. Or, du fait de la désintégration régulière des noyaux, la quantité d’éléments radioactifs présents dans un échantillon diminue avec le temps.

Chaque élément radioactif est caractérisé par sa demi-vie ou période radioactive t12, qui est la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux initialement présents se soit désintégrée.

À noter

La demi-vie est très variable selon les éléments : de quelques millisecondes à des milliards d’années.

Doc Désintégration des noyaux radioactifs au cours du temps

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N0 désigne le nombre de noyaux de l’élément père initialement présents.

Au temps t12, le nombre N de noyaux restants est de 12N0.

Au temps 2 t12 il est de 14N0.

Au temps 3 t12, il est de 18N0 et donc au temps n t12 il est de 12n N0.

IIUtilisation des atomes radioactifs

1 Utiliser une décroissance radioactive pour une datation

La datation uranium-plomb est une des méthodes utilisées pour dater les météorites et déterminer ainsi l’âge de la Terre et du système solaire.

Le noyau d’uranium 238 radioactif se transforme en un noyau plomb 206 stable à la suite d’une série de désintégrations. L’équation globale de cette transformation est la suivante : U92238P82206b+6e10+8H24e.

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En partant de l’hypothèse qu’il n’y avait pas de plomb 206 dans la roche au moment de sa formation, mais qu’elle possédait des noyaux d’uranium 238, mesurer la quantité de plomb 206 qu’elle possède permet d’en déduire la quantité d’uranium 238 qui s’est désintégrée.

La détermination de l’âge de la roche est alors possible graphiquement à partir de la courbe de décroissance radioactive du nombre de noyaux d’uranium 238 : environ 4,5 milliards d’années pour la Terre.

2 Utiliser la radioactivité pour établir un diagnostic médical

La scintigraphie est un examen permettant des diagnostics médicaux. Cette méthode consiste à introduire un traceur radioactif à très faible dose dans le sang d’un patient afin qu’il se fixe sur l’organe que l’on veut examiner.

Le traceur contient un noyau radioactif de courte demi-vie, car celui-ci doit être inactif rapidement : c’est le cas par exemple de l’iode 123 dont la demi-vie est de 13 h (donc inactif au bout d’environ 5 jours) et qui se fixe sur la glande thyroïde.

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