Fiche de révision : Radioactivité et désintégrations nucléaires

📋 Plan du Cours

1. Constitution de l’atome
2. Noyau, nucléons et isotopes
3. Stabilité et forces nucléaires
4. Types de désintégrations radioactives
5. Activité et loi de décroissance
6. Période radioactive et unités

📖 1. Constitution de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constitué d’un noyau atomique entouré d’électrons.
• Molécule : Édifice résultant de liaisons entre atomes.

📝 Points essentiels

• L’électron porte la charge −1,6 × 10⁻¹⁹ C et possède une masse de 9,1 × 10⁻³¹ kg.

• Le proton porte la charge +1,6 × 10⁻¹⁹ C et possède une masse de 1,6726 × 10⁻²⁷ kg.

• Le neutron est électriquement neutre et possède une masse de 1,6749 × 10⁻²⁷ kg, approximativement égale à celle du proton.

💡 Astuce mémo

Leptons légers, baryons lourds : deux familles de particules.

📖 2. Noyau, nucléons et isotopes

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau atomique : Association de nucléons comprenant des protons et des neutrons.
• Isotopes : Atomes d’un même élément possédant le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un noyau, le nombre de masse vérifie $A = Z + N$, où Z est le nombre de protons et N le nombre de neutrons.

• Dans un atome neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons Z.

Compléments

📌 Au-delà de Z = 30, les isotopes stables contiennent davantage de neutrons que de protons, donc N > Z.

📌 Au-delà de Z = 84, il n’existe plus de noyaux stables, car l’effet de dilution des charges devient inefficace.

💡 Astuce mémo

A = Z + N : masse = protons + neutrons.

📖 3. Stabilité et forces nucléaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Interaction forte : Force nucléaire attractive qui assure la cohésion des noyaux et est également responsable de la radioactivité alpha.
• Interaction faible : Ni attractive ni répulsive et transforme un proton en neutron ou un neutron en proton, provoquant la radioactivité bêta.
• Interaction électromagnétique : Force répulsive entre les charges du noyau, moins intense que l’interaction forte.

📝 Points essentiels

• L’augmentation du nombre de neutrons dilue les charges positives, réduit les répulsions entre protons et contribue à stabiliser le noyau.

📌 La stabilité ou l’instabilité d’un noyau résulte de la compétition entre les interactions forte, électromagnétique et faible.

💡 Astuce mémo

Plus de neutrons → dilution des charges → répulsions protoniques réduites → noyau stabilisé.

📖 4. Types de désintégrations radioactives

★ À maîtriser

• Lors d’une désintégration bêta moins, un noyau émet un électron, son nombre de masse reste constant et son numéro atomique augmente d’une unité.

• Lors d’une désintégration bêta plus, un noyau émet un positon, son nombre de masse reste constant et son numéro atomique diminue d’une unité.

• Lors d’une désintégration alpha, un noyau émet une particule alpha correspondant à un noyau d’hélium, son nombre de masse diminue de quatre et son numéro atomique diminue de deux.

Compléments

• La désintégration du carbone 14 s’écrit ¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰₋₁e et correspond à une émission β−.

• La désintégration du radium 226 s’écrit ²²⁶₈₈Ra → ²²²₈₆Rn + ⁴₂He et correspond à une émission alpha.

💡 Astuce mémo

β− augmente Z, β+ diminue Z, α diminue A et Z.

📖 5. Activité et loi de décroissance

🔑 Notions clés & Définitions

• Activité : Nombre de désintégrations par seconde, exprimé en désintégrations par seconde ou en becquerels.

★ À maîtriser

📐 Formule — L’activité d’un radioélément vérifie $A = -\frac{dn}{dt} = \lambda n$, où λ est la constante de désintégration en s⁻¹.

• Le nombre d’atomes radioactifs diminue au cours du temps, car les noyaux se désintègrent progressivement.

• La loi de radioactivité décrit une décroissance exponentielle du nombre d’atomes radioactifs au cours du temps.

Compléments

• Pour 100 atomes dont 10 % se désintègrent chaque seconde, il reste 90 atomes après une seconde, 81 après deux secondes et environ 49 après sept secondes.

💡 Astuce mémo

Désintégrations successives → nombre de noyaux décroissant → activité proportionnelle à n.

📖 6. Période radioactive et unités

🔑 Notions clés & Définitions

• Période radioactive : Temps au bout duquel la moitié des atomes radioactifs initialement présents s’est désintégrée, soit n = n₀/2.

★ À maîtriser

📐 Formule — La constante de désintégration et la période radioactive sont liées par $\lambda = \frac{\ln 2}{T}$.

📐 Formule — L’activité s’exprime en becquerels, avec $1\ \mathrm{Bq} = 1$ désintégration par seconde.

• Un curie est l’activité d’un gramme de radium 226 et vaut 3,7 × 10¹⁰ désintégrations par seconde, soit 3,7 × 10¹⁰ becquerels.

Compléments

• Les périodes radioactives des éléments étudiés s’étendent de 10⁻¹⁰ à 10⁴ ans.

• Le carbone 14 possède une période de 5720 ans et est utilisé pour la datation au carbone 14.

• Le radium 226 possède une période de 1622 ans, le phosphore 32 une période de 14,3 jours et le fluor 18 une période de 109 minutes.

💡 Astuce mémo

T1/2 : moitié, moitié, moitié ; l’activité se mesure en Bq ou en Ci.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des désintégrations