Phénomènes naturels, mécanismes et applications / Natural phenomena, mechanisms and applications
La radioactivité est un phénomène physique naturel par lequel des noyaux atomiques instables, appelés radionucléides, se transforment spontanément en d'autres noyaux plus stables en émettant des particules et/ou des rayonnements électromagnétiques.
Découverte en 1896 par Henri Becquerel, la radioactivité a été étudiée en profondeur par Marie et Pierre Curie, qui ont isolé le polonium et le radium. Ces travaux pionniers ont valu à ces scientifiques le prix Nobel de physique en 1903.
Désintégration radioactive d'un noyau instable en un noyau stable
Il existe plusieurs types de désintégration radioactive, chacun caractérisé par l'émission de particules spécifiques :
Émission d'un noyau d'hélium (2 protons et 2 neutrons). Réduit le numéro atomique de 2 et le nombre de masse de 4.
Pouvoir pénétrant faible (arrêté par une feuille de papier).
Transformation d'un neutron en proton (β⁻) ou d'un proton en neutron (β⁺). Le numéro atomique change de ±1.
Pouvoir pénétrant moyen (arrêté par une feuille d'aluminium).
Émission d'un photon de haute énergie par un noyau excité. Aucun changement de composition nucléaire.
Pouvoir pénétrant élevé (nécessite du plomb ou du béton épais).
Comparaison du pouvoir de pénétration des rayonnements
La désintégration radioactive suit une loi exponentielle caractérisée par la période radioactive (demi-vie).
Où :
La période radioactive T (demi-vie) est le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux se désintègrent :
Courbe de décroissance radioactive exponentielle
La radioactivité trouve des applications dans de nombreux domaines :
Imagerie médicale (scintigraphie), radiothérapie pour traiter les cancers, stérilisation du matériel médical.
Production d'électricité dans les centrales nucléaires, propulsion nucléaire pour les sous-marins et navires.
Datation au carbone-14 pour déterminer l'âge des artefacts et vestiges archéologiques.
Contrôle non destructif, mesure d'épaisseurs, stérilisation des aliments, détecteurs de fumée.
À retenir : La radioactivité est un phénomène naturel qui, bien que potentiellement dangereux, offre de nombreuses applications bénéfiques lorsqu'elle est maîtrisée et utilisée avec les précautions appropriées.
Radioactivity is a natural physical phenomenon by which unstable atomic nuclei, called radionuclides, spontaneously transform into other more stable nuclei by emitting particles and/or electromagnetic radiation.
Discovered in 1896 by Henri Becquerel, radioactivity was extensively studied by Marie and Pierre Curie, who isolated polonium and radium. This pioneering work earned these scientists the Nobel Prize in Physics in 1903.
Radioactive decay of an unstable nucleus into a stable nucleus
There are several types of radioactive decay, each characterized by the emission of specific particles:
Emission of a helium nucleus (2 protons and 2 neutrons). Reduces the atomic number by 2 and the mass number by 4.
Low penetrating power (stopped by a sheet of paper).
Transformation of a neutron into a proton (β⁻) or a proton into a neutron (β⁺). The atomic number changes by ±1.
Medium penetrating power (stopped by an aluminum sheet).
Emission of a high-energy photon by an excited nucleus. No change in nuclear composition.
High penetrating power (requires lead or thick concrete).
Comparison of radiation penetration power
Radioactive decay follows an exponential law characterized by the radioactive period (half-life).
Where:
The radioactive period T (half-life) is the time required for half of the nuclei to decay:
Exponential radioactive decay curve
Radioactivity finds applications in many fields:
Medical imaging (scintigraphy), radiotherapy for cancer treatment, sterilization of medical equipment.
Electricity production in nuclear power plants, nuclear propulsion for submarines and ships.
Carbon-14 dating to determine the age of artifacts and archaeological remains.
Non-destructive testing, thickness measurement, food sterilization, smoke detectors.
Key takeaway: Radioactivity is a natural phenomenon that, although potentially dangerous, offers many beneficial applications when mastered and used with appropriate precautions.