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Physique-Chimie1ère

Radioactivité : noyaux instables en action

Fiche de révision complète pour maîtriser Radioactivité : noyaux instables en action en Physique-Chimie — méthode, exemples et pièges à éviter.

Un noyau est composé de protons et neutrons, noté ^A_Z X.
La radioactivité correspond à la désintégration spontanée d'un noyau instable.
Les désintégrations α, β⁻, β⁺ et γ émettent des particules ou rayonnements.
La demi-vie t₁/₂ permet de caractériser la décroissance radioactive.
La radioactivité a des applications en datation, médecine et énergie, mais nécessite des protections.

Radioactivité et noyau atomique

1. Le noyau atomique

  • Composition : Un noyau est formé de protons (charge +e) et de neutrons (charge 0). Le nombre de protons = Z (numéro atomique), le nombre de nucléons (protons + neutrons) = A (nombre de masse).
  • Notation : Un noyau est noté ^A_Z X (ex: ^14_6 C pour le carbone 14).
  • Isotopes : Atomes ayant le même Z mais un A différent (ex: ^12_6 C et ^14_6 C).

2. La radioactivité

  • Définition : Phénomène naturel où un noyau instable (radioactif) se désintègre spontanément pour former un noyau plus stable, en émettant des particules et/ou un rayonnement.
  • Types de désintégration :
    • Alpha (α) : Émission d’un noyau d’hélium ^4_2 He (ex: ^238_92 U → ^234_90 Th + ^4_2 He).
    • Bêta moins (β⁻) : Émission d’un électron ^0_-1 e et d’un antineutrino (ex: ^14_6 C → ^14_7 N + ^0_-1 e + antineutrino).
    • Bêta plus (β⁺) : Émission d’un positron ^0_1 e (ex: ^22_11 Na → ^22_10 Ne + ^0_1 e + neutrino).
    • Gamma (γ) : Émission d’un photon γ (rayonnement électromagnétique) sans changement de noyau.

3. Loi de décroissance radioactive

  • Activité (A) : Nombre de désintégrations par seconde (en becquerels, Bq). A = λ × N, où λ est la constante radioactive (s⁻¹) et N le nombre de noyaux radioactifs.
  • Demi-vie (t₁/₂) : Durée nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs se désintègrent. t₁/₂ = ln(2)/λ.
  • Exemple : Le carbone 14 a une demi-vie de 5 730 ans. Après 5 730 ans, un échantillon en contient la moitié.

4. Applications

  • Datation : Utilisation du carbone 14 pour dater des objets organiques (jusqu’à ~50 000 ans).
  • Médecine : L’iode 131 (β⁻) pour traiter les cancers de la thyroïde.
  • Énergie : Réaction de fission nucléaire (ex: uranium 235) pour produire de l’électricité.

5. Risques et protection

  • Rayonnements ionisants : Les particules α, β et γ peuvent ioniser la matière (danger pour les cellules vivantes).
  • Protection : Utilisation de matériaux absorbants (plomb pour γ, papier pour α). Respect des normes de sécurité en milieu médical ou industriel.

À retenir : La radioactivité est un phénomène naturel ou artificiel où un noyau instable se transforme en un noyau plus stable en émettant des rayonnements. Elle suit une loi de décroissance exponentielle caractérisée par la demi-vie.

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Physique-ChimiePremière
Question 1
Un échantillon de technétium 4399mTc^{99m}_{43}Tc a une activité initiale de A0=500A_0 = 500 Bq. Après t=6t = 6 heures, son activité est A=125A = 125 Bq. Quelle est la demi-vie t1/2t_{1/2} de ce noyau ?

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Questions fréquentes

Radioactivité : noyaux instables en action : à quel niveau ce cours correspond-il ?

Cette fiche couvre le programme de Physique-Chimie en Première, d'après le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale.

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