radioactivité

nom féminin Propriété des nucléides instables de perdre spontanément de leur masse en émettant des particules ou des rayonnements électromagnétiques.

Suite à la découverte du radium par P. et M. Curie en 1898, il est vite apparu qu'il existe trois sortes de radioactivité. À chacune d'elles correspond une transformation différente des noyaux. L'étude de la radioactivité et celle des rayonnements ont aussi largement contribué à comprendre la structure des noyaux. Ceux-ci ne sont pas des objets simples : ils sont composés de deux sortes de particules, les protons et les neutrons. La façon dont ceux-ci se combinent a conduit à la notion d'isotope, à l'étude des conditions de stabilité des noyaux et à la reconnaissance de deux sortes de forces s'y exerçant : l'interaction forte et l'interaction faible. Les radioactivités artificiellesEn bombardant des noyaux à l'aide de rayons α, I. et J. F. Joliot-Curie ont provoqué la formation de noyaux radioactifs nouveaux. C'est un moyen pour produire un grand nombre d'isotopes radioactifs. De manière analogue, on sait aujourd'hui projeter sur d'autres atomes des ions lourds accélérés à haute énergie. Il devient possible d'obtenir des combinaisons nucléaires nouvelles, le plus souvent très instables, dont certaines sont très différentes de tout ce qu'on peut observer dans les corps radioactifs naturels ou à l'aide de collisions par des particules. On a pu ainsi produire des formes de radioactivité atypiques, comme l'émission de noyaux de carbone.Les principaux types de radioactivitéLes radioactivités se distinguent par la nature du rayonnement émis et par les modifications que cela induit dans le noyau émetteur. Un noyau est caractérisé par sa masse atomique A, égale au nombre de nucléons qu'il contient, et par son numéro atomique Z, égal au nombre de ses protons. La différence A − Z représente donc le nombre de ses neutrons ; pour le plutonium 244, par exemple, A = 244, Z = 94 ; il contient donc 150 neutrons.Les transformations radioactives sont plus ou moins rapides. On appelle « période » ou « demi-vie » le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux de l'élément considéré se soit désintégrée. Ce temps, qui semble indépendant de toute action extérieure, varie considérablement d'un noyau à un autre (de 10−12 s à 1017 années).La radioactivité alphaLes rayons α sont constitués de particules de masse égale à 4 fois la masse du proton et dont la charge électrique est le double de celle du proton : il s'agit de noyaux d'hélium. Toutes les particules issues d'une même espèce de noyaux radioactifs (en général de très gros noyaux) sont émises avec la même énergie. Cette émission provoque un changement de nature du noyau : le numéro atomique diminue de deux unités, la masse atomique, de quatre. Ainsi, lors de la désintégration α du plutonium 244, celui-ci se transforme en uranium 240, avec une demi-vie de 80 millions d'années : .La radioactivité bêtaDans la radioactivité β, le noyau émet un électron au cours de la transformation d'un neutron en proton. La charge électrique et le numéro atomique du noyau augmentent d'une unité, mais la masse atomique demeure sensiblement inchangée, car la masse d'un électron est très faible. Il existe aussi une radioactivité β+ (bêta plus) où un positron est émis, ce qui fait décroître d'une unité le numéro atomique du noyau (par transformation d'un proton en neutron). Pour une désintégration β donnée, tous les électrons émis n'ont pas la même énergie. Celle-ci est répartie selon un spectre d'énergie, ce qui a suggéré à W. Pauli et E. Fermi qu'une autre particule, un neutrino ν (ou, plus exactement, un antineutrino ), est émise en même temps que l'électron. Cette hypothèse a permis l'établissement de la théorie de l'interaction faible, qui régit la désintégration β. Celle-ci résulte donc de la désintégration de neutrons du noyau en protons, électrons et antineutrinos. Ainsi, lors de la désintégration de l'uranium 240 en neptunium (Np), seul le numéro atomique est affecté : .La radioactivité gammaDans la radioactivité γ, le noyau émet un photon de haute énergie. La nature chimique de l'atome n'est pas modifiée : le noyau passe d'un état excité à un état dit « fondamental ». En général, le noyau excité a été, au préalable, produit par une désintégration α ou β, ou encore par une réaction nucléaire.Les familles radioactivesDans la nature ou dans les produits de réactions nucléaires, on rencontre plusieurs familles radioactives : un noyau lourd, en se désintégrant, produit un noyau lui-même radioactif qui en engendre un troisième, et ainsi de suite jusqu'à un noyau stable qui constitue le produit final de la série. Les noyaux ayant des demi-vies bien déterminées, la connaissance de ces familles fournit un outil de datation géochimique.L'utilisation de la radioactivitéLa radioactivité connaît de nombreuses applications scientifiques et techniques. En géochimie isotopique, par exemple, elle permet de dater des roches, par la mesure de l'abondance respective de couples « père-fils », ou des échantillons contenant de la matière organique récente, par la technique du carbone 14 (datation).Mais la radioactivité présente aussi des dangers : elle peut détruire les molécules biologiques, entraînant chez les êtres vivants des conséquences néfastes voire fatales (anémies, cancers…) ou bénéfiques (traitement des cancers par cobaltothérapie ou curiethérapie, diagnostics). Les normes d'utilisation des corps radioactifs sont draconiennes et la plupart des pays se sont dotés d'un système de surveillance.
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