Fiche de révision : Radioactivité et déchets nucléaires

📋 Plan du Cours

1. Découverte et reconnaissance scientifique
2. Nature de la radioactivité
3. Fission dans les centrales nucléaires
4. Décroissance et demi-vie
5. Calculs de décroissance radioactive
6. Déchets radioactifs et stockage

📖 1. Découverte et reconnaissance scientifique

★ À maîtriser

• En 1896, Henri Becquerel découvre la radioactivité de l’uranium lorsqu’une plaque photographique placée dans l’obscurité, près d’un composé contenant de l’uranium, est tachée sans exposition au soleil.

• En 1898, Marie Curie montre que les rayons uraniques ne sont pas propres à l’uranium et découvre avec Pierre Curie le polonium et le radium.

Compléments

• En 1903, Henri Becquerel, Marie Curie et Pierre Curie reçoivent conjointement le prix Nobel de physique pour leurs travaux sur la radioactivité.

• Le becquerel est l’unité de mesure du nombre de désintégrations radioactives produites par seconde dans un échantillon.

💡 Astuce mémo

Becquerel découvre, Curie généralise, le Nobel consacre

📖 2. Nature de la radioactivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Radioactivité : Phénomène physique par lequel des noyaux atomiques instables se transforment spontanément en d’autres atomes en émettant des particules de matière et de l’énergie.

📝 Points essentiels

• Les émissions radioactives peuvent comprendre:
  • des électrons
  • des noyaux d’hélium
  • des neutrons
  • des photons
  • de l’énergie cinétique

💡 Astuce mémo

Noyau instable → désintégration spontanée → particules et énergie

📖 3. Fission dans les centrales nucléaires

📝 Points essentiels

• Dans une centrale électrique, une source d’énergie met en mouvement une turbine couplée à un alternateur qui produit l’électricité.

📐 Formule — Dans une centrale thermique nucléaire, la fission de l’uranium 235 est représentée par $^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n \rightarrow ^{94}_{38}Sr + ^{140}_{54}Xe + 2\,^{1}_{0}n$.

📌 La réaction principale d’un réacteur nucléaire n’est pas une désintégration radioactive spontanée, car elle nécessite qu’un neutron percute un noyau d’uranium.

💡 Astuce mémo

Désintégration spontanée ≠ fission provoquée par un neutron

📖 4. Décroissance et demi-vie

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie : Durée nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs initialement présents dans un échantillon se désintègrent naturellement.

★ À maîtriser

• Le nombre de noyaux radioactifs présents dans un échantillon diminue de façon exponentielle au cours du temps et ne devient jamais exactement nul.

Compléments

• La demi-vie du strontium 94 est de 30 ans.

💡 Astuce mémo

Moitié initiale, puis moitié restante à chaque demi-vie

📖 5. Calculs de décroissance radioactive

★ À maîtriser

📐 Formule — Le nombre de demi-vies écoulées vérifie $n = \frac{t}{t_{1/2}}$ et le nombre de noyaux restants vérifie $N = \frac{N_0}{2^n}$.

• Pour un échantillon contenant initialement 1 000 000 d’atomes de strontium 94, il reste 125 000 atomes après 3 demi-vies, soit 90 ans.

Compléments

• Lorsque 80 % des atomes de strontium 94 se sont désintégrés, il reste 20 % des atomes et environ 2,3 demi-vies, soit environ 69,7 ans.

📖 6. Déchets radioactifs et stockage

★ À maîtriser

• Les déchets radioactifs proviennent principalement: des centrales nucléaires, des usines de traitement des combustibles usés, des installations nucléaires civiles et militaires, des laboratoires de recherche, des hôpitaux, des industries

• Les demi-vies indiquées sont:

  • cobalt 60 : 5,2 ans
  • américium 241 : 432 ans
  • radium 226 : 1 600 ans
  • plutonium 239 : 24 110 ans
  • neptunium 237 : 2 140 000 ans

📌 Les déchets radioactifs doivent être stockés dans des endroits sécurisés et isolés des êtres vivants pendant toute leur durée de rayonnement, dans des bidons métalliques, des enceintes en béton ou par enfouissement dans la terre selon leur nature.

Compléments

📐 Formule — Lors de la désintégration alpha de l’astate 211, la conservation des nombres de masse et des numéros atomiques donne $^{211}_{85}At \rightarrow ^{207}_{83}Xe + ^{4}_{2}He$.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des transformations nucléaires