D'autres français, les chimistes Pierre et Marie Curie, montrèrent
2 ans plus tard que la radioactivité était dutaux atomes. E Rutherford
réussi en 1911 à prouver l'existence d'un noyau dans l'atome.
Depuis l'hypothèse s'est transformé en une théorie élaborée
de la structure atomique qui peut expliquer le phénomène de radioactivité.
Il démontre en effet avec l'aide de F Soddy que les radiations sont en
fait du à des désintégrations de noyau atomique instables.
Les principales lois de la radioactivité ont été ainsi
instaurées dans la 1ère moitié du XX mais monopolisent
encore énormément les scientifiques.
On modélise un atome comme ceci :
Un atome s'écrit aussi sous cette forme .
Dans cette écriture X représente le symbole de l'élément
chimique, A est le nombre de masse c'est à dire le nombre de nucléons
du noyau, et Z est le numéro atomique (ou nombre de proton ou d'électron
dans un atome. Le nombre de neutrons est donné lui par la différence
entre A et Z (A-Z neutron). Certains élément comme le carbone
(C) ont le même numéro atomique pour un nombre de masse différent.
On a ainsi du
. On appelle
ces différentes sortes du même élément des isotopes.
Les unités.
Il y a à l'échelle atomique une unité spéciale :
l'unité de masse atomique (symbole: u). Cette unité a été
crée parce que le kilogramme est peu pratique. L'unité de masse
atomique est par définition de la masse d'un atome de carbone. Or on
sait que une mole de carbone C, pèse 12 grammes donc
.
Dans ce calcul Na est le nombre d'Avogadro soit 6,022*1023 atomes par mol.
On constate donc que la masse d'un nucléon est proche de 1u car un électron
est 2000 fois inférieur au nucléon (il est donc souvent négligé).
Il existe plusieurs types de radiations: la radiation a (alpha), la b (bêta),
et la g (gamma).
Ces rayons sont de nature électromagnétique ils ne sont donc
pas chargés et ils n'ionisent que très peu la matière qu'ils
traversent. Ce sont cependant les rayons les plus dangereux car ils sont très
pénétrants (ils traversent plusieurs centimètre de plomb).
Ces rayons ont une longueur d'onde très courte.
Le nombre de charge est Z +1 car 1 neutron c'est en fait un proton plus un
électron or un électron est parti, il y a donc une charge élémentaire
en plus.
La radioactivité b+
La radioactivité b+ a les mêmes propriétés que la
b- à ceci près qu'elle est chargée positivement et qu'elle
n'a lieu que pour des radionucléïdes artificiels. Cette désintégration
a aussi lieu seulement dans le cas où un noyau instable aurait un excès
de protons. Il y a de nouveau dans cette désintégration émission
de particules : *le positron. C'est l'antiparticule de l'électron. Il
a pour symbole e. Il a la même masse que l'électron seul le signe
de sa charge change (c'est le principe de toute antiparticule).
*Le neutrino. C'est une toute petite particule de charge électrique neutre
et de masse quasiment nulle. On le note v
* Il y a enfin émission de radiation gamma par désexcitation du
noyau fils.
On écrit ainsi l 'équation bilan de cette réaction
Le nombre de charge est ici de Z -1 car en fait un proton est égal à
un neutron auquel on ajoute un positron, or comme on éjecte un positron
il y a une charge élémentaire en moins.
Pour détecter une activité radioactive on utilise un compteur Geiger- Muller. Il fut mis au point en 1913 par Geiger et améliorez en 1928 par Geiger et Muller. Cet appareil est constitué d'un tube rempli de gaz rare dans lequel règne un fort champ électrique (les gaz sont généralement un mélange hélium-argon).
Au contact d'éléments radioactifs les gaz sont ionisés par les particules émises. Chaque ionisation est enregistrée sous forme de d'une impulsion. En comptant les impulsions on détermine le nombre de particule et donc le nombre de désintégration. Il émet aussi dans ce cas un son très caractéristique.
En ce qui concerne la protection elle est caractéristique de chacune des différentes radiations émises. En effet il y a un ordre croissant de danger. Tout d'abord la particule alpha. Elle est peu dangereuse car elle est arrêtée par une simple feuille de papier ou par quelques centimètres parcourus dans l'air. La particule bêta est, elle, déjà plus dangereuse. Il faut en effet quelques centimètres d'aluminium pour arrêter ces particules. Il y a enfin le rayonnement gamma. Du fait que c'est un rayonnement électromagnétique et que sa longueur d'ondes est très courte il est très pénétrant et peut passer au travers de plusieurs centimètres de plomb. C'est le plus gros danger de la radioactivité et c'est pourquoi dès que l'on assure le transfert de matériel radioactif ou qu'on l'utilise, il y a forcément autour une grande quantité de plomb ou de béton.
L'activité A d'un radionucléïde donné mesure le nombre
de désintégrations par unité de temps elle est la plupart
du temps donné en becquerel (du nom du physicien), noté Bq. Un
becquerel est en fait une désintégration par seconde. Lors de
grosses désintégrations comme dans les centrales nucléaires
on utilise plutôt le curie (du nom des physiciens), noté Ci. Cette
unité est beaucoup plus grande que le becquerel en effet
1Ci = 3 ,7*1010 Bq
Cette activité n'est ni constante ni infinie : elle diminue en fonction
du temps. On appelle période le temps que met l'activité d'un
radionucléïdes pour diminuer de moitié. Chaque radionucléïdes
a sa propre période : c'est dons un moyen de les différencier.
Cette période noté T (appelé aussi demi-vie) peut varier
de plusieurs millions d'années (pour l'uranium 235), à quelques
heures (pour le technétium 99)
Nous avons déjà vu les unités d'activité ( le Becquerel
et le Curie), mais il y a encore beaucoup d'unité possible pour mesurer
la radioactivité et ses différents effets.
Tout d'abord sur de la matière il y a deux unités : Le Gray (Gy)
et le Rad (rd). Ces unités mesurent l'énergie reçue par
la matière irradié par unité de masse. Il y a là
encore une unité plus forte que l'autre : 1Gray = 100 Rad. Il y a aussi
deux dérivés de ces unités afin de mesurer le débit
de dose absorbée par unité de masse et de temps. On obtient alors
le gray par heure et le Rad par heure. La hiérarchie est conservée
car
1Gray/h = 100 Rad/h.
Il y a ensuite les effets sur l'homme. Pour cela il y a aussi deux unités
: Le Sievert (Sv) et le Rem (rem). Ces unités mesurent les dégâts
biologiques sur des tissus vivants irradiés. Pour ces deux unités
il y a aussi des équivalences pour mesurer les dégâts biologiques
en fonction du temps, ce qui donne le Sievert par heure et le rem par heure.
On observe de toute façon les même égalités
1 Sv = 100 rem et 1 Sv/h = 100 rem/h
Heureusement on n'utilise pas toutes ces unités en effet seul la moitié
sert ( le Sievert et le Gray sont généralement celle utilisées.)