La radioactivité | Désintégration radioactive | Vallée de stabilité | 1e ens. sc.| Terminale - Bac

Summary

Cette vidéo explique simplement la radioactivité : les noyaux trop chargés ou trop énergétiques se désintègrent pour retrouver la stabilité via trois processus — alpha (perte de 2 protons et 2 neutrons), bêta- (un neutron devient proton en émettant un électron) et bêta+ (un proton devient neutron en émettant un positon), et gamma (désexcitation d’un noyau). L’interaction forte maintient le noyau, la faible permet les transmutations et l’électromagnétisme repousse les protons, expliquant la « vallée de stabilité ». Exemples d’applications : datation au carbone-14 et imagerie médicale par PET avec le fluor-18.

Takeaways

• ⚛️ La radioactivité concerne le noyau atomique, composé de protons et de neutrons liés par l’interaction forte assurant sa cohésion.
• 💥 Un noyau instable, ayant trop de matière ou d’énergie, se désintègre pour retrouver un état stable.
• 🧩 Il existe trois grands types de radioactivité : alpha (α), bêta (β) et gamma (γ), avec deux variantes de bêta : β+ et β−.
• 🌟 La désintégration alpha correspond à la perte de quatre nucléons (deux protons et deux neutrons), formant une particule alpha équivalente à un noyau d’hélium.
• ➕ Dans la désintégration bêta+, un proton se transforme en neutron en émettant un positron (particule d’antimatière).
• ➖ Dans la désintégration bêta−, un neutron se transforme en proton en émettant un électron.
• 💫 La radioactivité gamma n’est pas une désintégration de matière, mais une désexcitation du noyau qui libère de l’énergie sous forme de photons.
• 📈 La vallée de stabilité montre la relation entre le nombre de neutrons (N) et de protons (Z) : les noyaux stables se trouvent sur une courbe décalée de la diagonale Z = N.
• ⚖️ Les noyaux à gauche de la vallée de stabilité (manquant de protons) subissent une désintégration β−, tandis que ceux à droite (ayant trop de protons) subissent une désintégration β+.
• 🧬 Les noyaux trop lourds deviennent stables par désintégration alpha, en perdant quatre nucléons à la fois.
• ⏳ Le carbone 14 permet de dater les matériaux organiques anciens grâce à sa radioactivité naturelle.
• 🧠 Le fluor 18, radioactif de type β+, est produit artificiellement dans un cyclotron et utilisé en imagerie médicale (PET scan).
• 🌍 Les êtres vivants, y compris les humains, sont naturellement radioactifs en raison de la présence d’isotopes comme le potassium 40 et le carbone 14.

Q & A

Qu’est-ce que la radioactivité et à quoi est-elle liée ?

La radioactivité est un phénomène lié au noyau atomique, composé de protons et de neutrons. Elle se manifeste lorsqu’un noyau instable se désintègre pour devenir plus stable en se débarrassant d’un excès de matière ou d’énergie.

Quels sont les trois principaux types de radioactivité ?

Les trois principaux types de radioactivité sont la radioactivité alpha (α), bêta (β) et gamma (γ). On distingue aussi deux formes de radioactivité bêta : bêta plus (β⁺) et bêta moins (β⁻).

Que se passe-t-il lors d’une désintégration alpha ?

Lors d’une désintégration alpha, le noyau perd quatre nucléons en une seule fois, soit deux protons et deux neutrons. Cette particule émise est appelée particule alpha, équivalente à un noyau d’hélium.

Quelle est la différence entre la désintégration bêta⁺ et bêta⁻ ?

Dans la désintégration bêta⁺, un proton se transforme en neutron en émettant un positron (particule de charge positive). Dans la désintégration bêta⁻, un neutron se transforme en proton en émettant un électron.

Qu’est-ce que la radioactivité gamma ?

La radioactivité gamma n’est pas une désintégration de matière, mais une désexcitation du noyau. Le noyau libère un photon gamma pour revenir à son état fondamental, sans changer sa composition en protons ou neutrons.

Que représente la « vallée de stabilité » ?

La vallée de stabilité est un graphique reliant le nombre de neutrons (N) au nombre de protons (Z). Les noyaux stables se situent sur une courbe appelée vallée de stabilité, où les forces sont équilibrées. Les noyaux trop riches ou trop pauvres en neutrons cherchent à y revenir par des désintégrations.

Pourquoi les noyaux lourds ont-ils besoin de plus de neutrons ?

Les protons se repoussent à cause de leur charge positive. Pour stabiliser le noyau, il faut plus de neutrons, qui ne sont pas chargés, afin de diluer la répulsion électromagnétique entre protons.

Quelle désintégration subit un noyau situé à gauche de la vallée de stabilité ?

Un noyau situé à gauche de la vallée de stabilité subit une désintégration bêta⁻, car il manque de protons. Un neutron se transforme alors en proton pour atteindre une configuration plus stable.

Quelles sont les applications de la radioactivité naturelle ?

Une application importante de la radioactivité naturelle est la datation au carbone 14. Elle permet de déterminer l’âge d’objets ou de restes organiques en mesurant la proportion de carbone 14 qu’ils contiennent.

Qu’est-ce qu’un exemple d’application de la radioactivité artificielle ?

Un exemple est le PET scan (ou TEP), utilisé en imagerie médicale. Il utilise le fluor 18, un isotope radioactif artificiel produit par un cyclotron. Ce radioélément émet des positrons qui, en s’annihilant avec des électrons, produisent des photons détectés pour créer des images diagnostiques.

Quelle est la différence entre interaction forte, faible et électromagnétique ?

L’interaction forte assure la cohésion du noyau entre protons et neutrons. L’interaction faible intervient dans les transformations entre protons et neutrons (désintégrations bêta). L’interaction électromagnétique explique la répulsion entre protons chargés positivement.

Sommes-nous nous-mêmes radioactifs ?

Oui, tous les êtres vivants sont légèrement radioactifs. Le corps humain contient naturellement des isotopes radioactifs tels que le potassium 40 et le carbone 14.