La radioactivité

La radioactivité

L’homme est exposé en permanence aux rayonnements ionisants, par exemple à ceux du soleil. La lumière s’accompagne de rayonnements invisibles connus sous le nom de rayonnements ultraviolets et infrarouges. L’homme est également exposé à d’autres rayonnements invisibles de très forte énergie qui proviennent de la planète Terre, les rayonnements telluriques. De tous temps, les populations humaines ont été soumises à des rayonnements d’origine très variée. Indépendamment de l’irradiation directe due aux rayons cosmiques et aux rayonnements de matières radioactives contenues dans les roches, l’homme est soumis à une certaine irradiation interne due aux radioéléments d’origine naturelle contenus dans le sol, l’air et l’eau de boisson et les aliments, et qui peuvent se déposer dans l’organisme après ingestion ou inhalation [1]. La plus grande partie de la radioactivité naturelle de l’organisme est due à des éléments des séries de l’uranium, du thorium et du potassium 40. Les débits de dose provenant des rayonnements d’origine naturelle varient d’une région à l’autre dans d’assez larges limites. De nombreux facteurs affectent la dose d’irradiation absorbée par l’homme à partir de la radioactivité naturelle. Parmi ces facteurs, citons l’âge, le sexe, les habitudes alimentaires, le site de la résidence, le type d’habitation, etc. [2]. 1.1 Structure de l’atome : Le noyau de l’atome est composé de deux catégories de particules de masses voisines appelées nucléons, les unes sont chargées d’électricité positive (les protons), les autres sont neutres (les neutrons). Chaque atome est caractérisé par deux nombres Z et N, où Zest appelé numéro atomique, il indique le nombre de protons et d’électrons de l’atome. N indique le nombre de neutrons qui peut varier pour un même élément. A=N+Z représente le nombre total de nucléons, on l’appelle aussi nombre de masse. Cet assemblage de nucléons correspond à un équilibre entre les deux interactions antagonistes qui s’exercent au sein du noyau atomique : l’interaction coulombienne qui se traduit par une répulsion des protons entre eux, du fait de leur charge électrique de même signe, elle est donc proportionnelle à Z, et l’interaction nucléaire forte qui lie les nucléons entre eux à condition qu’ils se touchent, elle est proportionnelle à A 

Classification des noyaux

Les noyaux peuvent être classés en trois catégories différentes : Isotope : Deux isotopes sont deux nucléides de même numéro atomique, mais de nombres de masse différents : Z1=Z2 mais A1≠A2. Ils portent le même nom et ont des propriétés chimiques identique [5] (ex : les isotopes du chlore 𝐶𝑙 17 35 et 𝐶𝑙 17 37 ). Isobare : Deux isobares sont deux nucléides de numéros atomiques différents mais de même nombre de masse : A1=A2 mais Z1≠Z2 (ex : 7𝑁 17 et 9𝐹 17 ). Isotones Deux isotones sont deux nucléides contenant le même nombre de neutrons : A1≠A2, Z1≠Z2mais A1-Z1=A2-Z2 (ex : 6𝐶 13 et 7𝑁 14 ). 1.1.2. Vallée de stabilité : La représentation des noyaux connus dans un graphe (N, Z), dite courbe de stabilité, permet de mettre en évidence la ligne de « Stabilité » peuplée par les noyaux stables.Les noyaux instables vont, par une suite de désintégrations radioactives, se transformer jusqu’à devenir stables : • au-dessous des noyaux stables, se trouvent les noyaux très riches en neutrons (ligne bleue) qui peuvent revenir vers la ligne de stabilité par désintégration β- (c’est la transformation d’un neutron en proton). • au-dessus des noyaux stables, se trouvent les noyaux très riches en protons (ligne rouge) qui peuvent revenir vers la ligne de stabilité par désintégration β+ ou par capture électronique (c’est la transformation d’un proton en neutron). • les noyaux lourds riches en protons (ligne jaune) peuvent revenir vers la ligne de stabilité par désintégration alpha. • Enfin, les noyaux très lourds (ligne verte) peuvent se fissionner en donnant naissance à des produits de fission plus légers .

La radioactivité 

 La radioactivité est une propriété naturelle de certains atomes dans la nature. La plupart des noyaux atomiques sont stables, cependant, certains atomes ont des noyaux instables à cause d’un excès de protons ou de neutrons. Les noyaux d’atomes radioactifs se transforment spontanément en d’autres noyaux, radioactifs ou stables.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 (α, β, γ, etc.). La radioactivité ne concerne que le noyau et non les électrons du cortège électronique, les propriétés chimiques des isotopes radioactifs sont les mêmes que celles de leurs isotopes stables [7]. 

Historique

La radioactivité n’a pas été inventée par l’homme, c’est un phénomène naturel qui a été découvert à la fin du XIXème siècle. En 1896, Henri Becquerel découvre des «rayons uraniques». Afin de vérifier la véracité de l’hypothèse de l’un de ses confrères, Henri Poincaré, comme quoi un matériau luminescent émet des rayons X, Henri Becquerel range un échantillon de sel d’uranium (qu’il utilisait sur une plaque photographique vierge) dans un tiroir. A la reprise de l’expérience, il constate avec étonnement que la plaque a été impressionnée, bien que l’échantillon n’ait pas été exposé à la lumière solaire. Il constate que tous les composés d’uranium qu’il étudie émettent le même rayonnement auquel il donne le nom de «rayons uraniques». Cette découverte lui vaut le Prix Nobel de physique en 1903 avec ses deux confrères Pierre et Marie Curie ainsi que le nom de l’unité légale de radioactivité le Becquerel (Bq). Entre 1896-1898, Pierre et Marie Curie découvrent d’autres éléments radioactifs. En mesurant l’activité de certains minéraux d’uranium, Pierre et Marie Curie constatent une plus grande activité que prévue d’après leur teneur en uranium. Après analyse, ils découvrent dans ces minéraux deux éléments inconnus, très actifs, qu’ils baptisent l’un le polonium en juillet 1898, l’autre le radium en décembre1898. Ils qualifient alors de radioactifs les éléments qui émettent des rayonnements ionisants et donnent à ce phénomène le nom de radioactivité. En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie découvrent la radioactivité artificielle : Les deux époux préparent de grandes quantités de radium et de polonium ce qui leur permet de disposer par la suite de la plus forte source d’émission alpha existant au monde. En janvier 1934, quelques mois avant le décès de Marie Curie, ils réalisent l’expérience, en bombardant une feuille d’aluminium avec des noyaux d’hélium (issus des rayonnements alpha du polonium) qui va leur permettre de découvrir le premier isotope radioactif artificiel, le phosphore 30. Celui-ci se transmute en silicium 30 par radioactivité β+ [8].