Fiche de révision : Radioactivité et transformations nucléaires

📋 Plan du Cours

1. Noyaux instables et isotopes
2. Désintégrations radioactives et loi de Soddy
3. Demi-vie et datation au carbone 14
4. Fusion et fission nucléaires

📖 1. Noyaux instables et isotopes

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotopes : Des noyaux ou des atomes qui ont le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons différents.
• Noyau radioactif : Un noyau instable qui se désintègre de manière aléatoire, inéluctable et spontanée.

📝 Points essentiels

• La désintégration d’un noyau instable éjecte une particule et peut aussi émettre un rayonnement gamma (γ).

• La notation nucléaire représente le neutron par ¹₀n, le proton par ¹₁p, l’électron par ⁰₋₁e et le positon par ⁰₊₁e.

📖 2. Désintégrations radioactives et loi de Soddy

★ À maîtriser

• Lors d’une désintégration β⁻, un neutron se transforme en proton et éjecte un électron, comme dans ¹⁴₆C → ⁰₋₁e + ¹⁴₇N + ν̅ₑ (antineutrino électronique).

• Lors d’une désintégration β⁺, un proton se transforme en neutron et éjecte un positon, comme dans ¹⁵₈O → ⁰₊₁e + ¹⁵₇N + νₑ (neutrino électronique).

• Un gros noyau peut se désintégrer en émettant une particule α, soit un noyau d’hélium ⁴₂He, comme dans ²³⁵₉₂U → ⁴₂He + ²³¹₉₀Th + γ.

📌 Selon la loi de Soddy, une équation nucléaire conserve le nombre de nucléons et le nombre de charges.

Compléments

• Dans ²³⁹₉₄Pu + ¹₀n → ¹³⁵₅₂X + ᴬ₄₂Mo + 3¹₀n, la conservation du nombre de nucléons donne 239 + 1 = 135 + A + 3, donc A = 102.

📖 3. Demi-vie et datation au carbone 14

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie radioactive : La durée nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs initialement présents se soit désintégrée.

★ À maîtriser

• Après une, deux et trois demi-vies, il reste respectivement N₀/2, N₀/4 et N₀/8 noyaux radioactifs.

• La demi-vie du carbone 14 (¹⁴C) est de 5730 ans.

Compléments

📐 Formule - Le rapport utilisé pour la datation au carbone 14 est $R = \frac{N_{\mathrm{C14}}}{N_{\mathrm{C12}}}$.

• La courbe de décroissance radioactive N = f(t) se construit en plaçant la quantité initiale N₀, en la divisant par deux à chaque demi-vie, puis en repérant les abscisses correspondantes.

💡 Astuce mémo

À chaque demi-vie, la quantité restante est divisée par deux : N₀, N₀/2, N₀/4, N₀/8.

📖 4. Fusion et fission nucléaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Fusion nucléaire : L’union de deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd et stable, en libérant beaucoup d’énergie.
• Fission nucléaire : La cassure d’un gros noyau instable en deux noyaux plus petits, avec émission de neutrons et libération d’énergie.

★ À maîtriser

📌 Dans une centrale, les neutrons émis lors de la fission peuvent provoquer une réaction en chaîne ; des barres de commande contenant du bore ou du cadmium absorbent les neutrons pour l’arrêter.

Compléments

• La fusion nécessite une température de plusieurs millions de degrés Celsius.

• Le projet ITER vise à créer un petit soleil sur Terre ; la fusion utilise de l’hydrogène, présenté comme non rare, et produit des déchets radioactifs, notamment par activation des matériaux du réacteur par les neutrons.

• La fission de l’uranium 235 par un neutron peut s’écrire ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ⁹³₃₆Kr + ¹⁴⁰₅₆Ba + 3¹₀n.

• Les inconvénients de la fission sont :

  • le risque de réaction en chaîne incontrôlable
  • la production de déchets radioactifs
  • le caractère non inépuisable de l’uranium

💡 Astuce mémo

Fusion : deux noyaux légers s’unissent ; fission : un gros noyau se casse en noyaux plus petits.