Dossier | La radioactivité | La radioactivité

Définition de la radioactivité (1/4)

La radioactivité n’a pas été inventée par l’homme. Elle a été découverte, il y a un peu plus d’un siècle, en 1896, par le physicien français Henri Becquerel. Ce dernier cherchait à savoir si les rayons qu’émettaient les sels fluorescents d’uranium étaient les mêmes que les rayons X découverts en 1895 par Wilhelm Roentgen, physicien allemand. Il pensait que les sels d’uranium, après avoir été excités par la lumière, émettaient ces rayons X. Quelle ne fut pas sa surprise lorsqu’à Paris, en mars 1896, il découvrit que le film photographique avait été impressionné sans avoir été exposé à la lumière du soleil ! Il en conclut que l’uranium émettait spontanément et sans s’épuiser des rayonnements invisibles, différents des rayons X. Le phénomène découvert est appelé radioactivité (du latin radius : rayon). À la suite des travaux d’Henri Becquerel, Pierre et Marie Curie isolèrent en 1898 le polonium et le radium, des éléments radioactifs inconnus présents dans le minerai d’uranium.

Juillet 2012

LA RADIOACTIVITÉ, PROPRIÉTÉ NATURELLE DE CERTAINS ATOMES

Dans la nature, la plupart des noyaux d’atomes sont stables.
Cependant, certains atomes ont des noyaux instables, ce qui est dû à un excès soit de protons, soit de neutrons, ou encore à un excès des deux. Ils sont dits radioactifs et sont appelés radio-isotopes ou radionucléides.
Les noyaux d’atomes radioactifs se transforment spontanément en d’autres noyaux d’atomes, radioactifs ou non. Ainsi, de noyau radioactif en noyau radioactif, l’uranium 238 tend à se transformer en une forme stable, le plomb 206. 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.
Un élément chimique peut donc avoir à la fois des isotopes radioactifs et des isotopes non radioactifs. Par exemple, le carbone 12 n’est pas radioactif, alors que le carbone 14 l’est.
La radioactivité ne concernant que le noyau et non les électrons, les propriétés chimiques des isotopes radioactifs sont les mêmes que celles des isotopes stables.

Les isotopes

© Yuvanoe

Les unités de mesures de la radioactivité

Cette image permet de symboliser la relation entre les trois unités de mesure de la radioactivité : un enfant lance des objets en direction d’une camarade. Le nombre d’objets envoyés peut se comparer au becquerel (nombre de désintégrations par seconde) ; le nombre d’objets reçus par la camarade, au gray (dose absorbée) ; les marques laissées sur son corps selon la nature des objets, lourds ou légers, au sievert (effet produit). © Yuvanoe

LES MESURES DE LA RADIOACTIVITÉ

Le becquerel (Bq)

Un échantillon radioactif se caractérise par son activité qui est le nombre de désintégrations de noyaux radioactifs par seconde qui se produisent en son sein. L’unité d’activité est le becquerel, de symbole Bq.
1 Bq = 1 désintégration par seconde.
Cette unité est très petite. L’activité de sources radioactives s’exprimera donc le plus souvent en multiples du becquerel :

  • le kilobecquerel (kBq) = 1 000 Bq,
  • le mégabecquerel (MBq) = 1 million de Bq,
  • le gigabecquerel (GBq) = 1 milliard de Bq,
  • le térabecquerel (TBq) = 1 000 milliards de Bq.

Le gray (Gy)

Cette unité permet de mesurer la quantité de rayonnements absorbés – ou dose absorbée – par un organisme ou un objet exposé aux rayonnements. Le gray a remplacé le rad en 1986.
• 1 gray = 100 rads = 1 joule par kilo de matière irradiée.

Le sievert (Sv)

Les effets biologiques des rayonnements sur un organisme exposé (selon sa nature et les organes exposés) se mesurent en sievert et s’expriment également

en “équivalent de dose”. L’unité la plus courante est le millisievert, ou millième de sievert.

Le curie (Ci)

L’ancienne unité de mesure de la radioactivité est le curie (Ci). Le curie avait été défini comme l’activité de 1 gramme de radium, élément naturel que l’on trouve dans les sols avec l’uranium. Cette unité est beaucoup plus grande que le becquerel car, dans un gramme de radium, il se produit 37 milliards de désintégrations par seconde. Donc un curie est égal à 37 milliards de becquerels.
Pour détecter et mesurer les rayonnements émis par les isotopes radioactifs, on dispose de différents types de détecteurs parmi lesquels les tubes compteurs à gaz (compteur proportionnel, Geiger-Müller, chambre d’ionisation), les scintillateurs couplés à des photomultiplicateurs, les semi-conducteurs (silicium, germanium…).
Ces détecteurs sont extrêmement sensibles et mesurent couramment des activités un million de fois inférieures aux niveaux qui pourraient avoir des effets sur notre santé.

LA DÉCROISSANCE RADIOACTIVE

L’activité d’un échantillon radioactif diminue avec le temps du fait de la disparition progressive des noyaux instables qu’il contient. La désintégration radioactive d’un noyau donné est un phénomène aléatoire.
On peut cependant donner pour chaque isotope radioactif une période radioactive ou demi-vie qui est le temps au bout duquel la moitié des atomes radioactifs initialement présents a disparu par transformation spontanée. Selon les noyaux radioactifs concernés, cette période est très variable: quelques secondes, heures… plusieurs jours… centaines d’années… ou milliards d’années.

LES DIFFÉRENTS TYPES DE DÉSINTÉGRATIONS

Radioactivité alpha

Le rayonnement alpha est constitué d’un noyau d’hélium comprenant 2 protons et 2 neutrons. Il porte 2 charges positives. Des atomes dont les noyaux radioactifs sont trop chargés en protons et en neutrons émettent souvent un rayonnement alpha. Ils se transforment en un autre élément chimique dont le noyau est plus léger. Par exemple, l’uranium 238 est radioactif alpha et se transforme en thorium 234.

Radioactivité bêta moins

Le rayonnement bêta moins est constitué d’un électron chargé négativement. Certains atomes dont les noyaux sont trop chargés en neutrons émettent un rayonnement bêta moins. Un des neutrons au sein du noyau se désintègre en un proton plus un électron, ce dernier étant éjecté. Ainsi l’atome s’est transformé en un autre élément chimique. Par exemple, le thorium 234 est radioactif bêta moins et se transforme en protactinium 234.

Radioactivité bêta plus

Le rayonnement bêta plus est constitué d’un positon (particule de même masse que l’électron mais chargée positivement). Certains atomes dont les noyaux sont trop chargés en protons émettent un rayonnement bêta plus. Un des protons au sein du noyau se désintègre en un neutron plus un positon, ce dernier étant éjecté. Ainsi l’atome s’est transformé en un autre élément chimique. Par exemple, l’iode 122 est un radioactif bêta plus et se transforme en tellure 122. Notons que pour les deux types de désintégration bêta, le noyau garde le même nombre de nucléons (donc la même masse atomique).

La radioactivité gamma

Le rayonnement gamma est une onde électromagnétique comme la lumière visible ou les rayons X mais plus énergétique. Ce rayonnement 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 trouvé leur équilibre. Il se libère alors rapidement d’un trop-plein d’énergie par émission d’un rayonnement gamma. C’est la radioactivité gamma. Par exemple, le cobalt 60 se transforme par désintégration bêta en nickel 60 qui atteint un état stable en émettant un rayonnement gamma.

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