Fiche de révision : Matière et radioactivité

📋 Plan du Cours

1. Formation des éléments dans l’Univers
2. Fusion et fission nucléaires
3. Conservation dans les équations nucléaires
4. Radioactivité et désintégration nucléaire
5. Demi-vie et décroissance radioactive
6. Lecture graphique de la demi-vie

📖 1. Formation des éléments dans l’Univers

★ À maîtriser

• La nucléosynthèse primordiale, entre 3 et 20 minutes après le Big Bang, forme les noyaux légers, notamment l’hydrogène, le deutérium, le tritium, l’hélium et le lithium.

• Au cœur des étoiles, la fusion de noyaux d’hydrogène produit de l’hélium, puis des éléments de plus en plus lourds jusqu’au fer.

• En fin de vie, l’effondrement puis l’explosion en supernova d’une étoile très massive permettent de fabriquer des éléments plus lourds que le fer, comme l’or, l’uranium et le plomb.

Compléments

• L’hydrogène est l’élément le plus léger et le plus abondant de l’Univers ; son isotope ^1_1H est composé d’un seul proton.

💡 Astuce mémo

Primordiale → étoiles → supernovas : du léger vers le plus lourd

📖 2. Fusion et fission nucléaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Fusion nucléaire : Association de deux noyaux légers en un noyau plus lourd, avec libération d’énergie.
• Fission nucléaire : Division d’un noyau lourd instable percuté par un neutron en deux noyaux plus légers, avec émission de neutrons et d’énergie.

📝 Points essentiels

• La fusion nucléaire se produit au cœur des étoiles, notamment du Soleil.

• Dans l’exemple de fusion, un noyau de deutérium et un noyau de tritium donnent un noyau d’hélium 4 et un neutron : $^2_1\text{H} + ^3_1\text{H} \rightarrow ^4_2\text{He} + ^1_0\text{n}$.

• La fission nucléaire est utilisée dans les centrales nucléaires terrestres et les bombes atomiques.

• Dans l’exemple de fission, l’uranium 235 capture un neutron et produit du baryum 140, du krypton 93 et trois neutrons : $^{235}_{92}\text{U} + ^1_0\text{n} \rightarrow ^{140}_{56}\text{Ba} + ^{93}_{36}\text{Kr} + 3\ ^1_0\text{n}$.

💡 Astuce mémo

Fusion : deux petits noyaux se réunissent ; fission : un gros noyau se brise

📖 3. Conservation dans les équations nucléaires

★ À maîtriser

📌 Dans une équation nucléaire, la somme des nombres de nucléons A est conservée : la somme de A à gauche est égale à la somme de A à droite.

📌 Dans une équation nucléaire, la somme des numéros atomiques Z est conservée : la somme de Z à gauche est égale à la somme de Z à droite.

Compléments

• Dans $^3_1\text{H} + ^2_1\text{H} \rightarrow ^4_2\text{He} + ^x_0\text{n}$, la conservation de A donne $3+2=4+x$, donc $x=1$ et le neutron produit est $^1_0\text{n}$.

📖 4. Radioactivité et désintégration nucléaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Radioactivité : Transformation spontanée, aléatoire et irréversible d’un noyau instable en un noyau plus stable, avec émission de rayonnements alpha, bêta ou gamma et d’énergie.

📝 Points essentiels

• En 1896, Henri Becquerel découvre la radioactivité en étudiant des sels d’uranium.

• La désintégration d’un noyau radioactif précis ne peut pas être prédite individuellement et relève des statistiques et des probabilités.

📖 5. Demi-vie et décroissance radioactive

🔑 Notions clés & Définitions

• Temps de demi-vie : Le temps de demi-vie, noté $t_{1/2}$, est la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs initialement présents dans un échantillon se soient désintégrés.

★ À maîtriser

• Le temps de demi-vie est propre à chaque isotope radioactif et ne dépend ni de la température, ni de la pression, ni de l’environnement chimique.

📐 Formule - Le nombre de noyaux restants après n demi-vies est donné par $N(t)=\frac{N_0}{2^n}$, avec $n=\frac{t}{t_{1/2}}$.

Compléments

• Le carbone 14 a une demi-vie de 5730 ans.

• Le radon 222 a une demi-vie de 3,8 jours.

• L’iode 131 a une demi-vie de 8 jours.

• Après une, deux, trois et quatre demi-vies, il reste respectivement :

  • 50 %
  • 25 %
  • 12,5 %
  • 6,25 % des noyaux initiaux

📖 6. Lecture graphique de la demi-vie

★ À maîtriser

• Pour déterminer graphiquement la demi-vie, on repère N₀, on calcule N₀/2, puis on lit le temps correspondant à l’intersection de cette valeur avec la courbe.

Compléments

• La courbe du nombre de noyaux N en fonction du temps t présente une décroissance exponentielle, rapide au début puis de plus en plus aplatie.

💡 Astuce mémo

Repérer $N_0$ → prendre sa moitié → lire le temps correspondant

📊 Tableaux de synthèse

Fusion et fission nucléaires