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Radioactivité

« Radioactivité » expliqué aux enfants par Vikidia, l’encyclopédie junior
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La radioactivité, terme inventé vers 1898 par Pierre Curie, provient des rayonnements (on parle également de radiation) produits par des atomes instables qui se désintègrent en dégageant de l'énergie.

La radioactivité a été observée par de grands scientifiques à la fin du XIXe siècle : Henri Becquerel, Marie Curie (à droite) et Pierre Curie.

Qu'est-ce qu'un atome instable ?[modifier]

Schéma d'un atome (électrons en noir, protons en rouge et neutrons en bleu)

Un atome est composé d'un noyau et de plusieurs électrons qui tournent autour de celui-ci. Ce noyau est constitué de ce que l'on appelle des nucléons : les protons et les neutrons.

Pour que ce noyau soit stable, il peut avoir le même nombre de neutrons et de protons, mais seulement s'il est suffisamment léger. Car cela n'est plus vrai pour les atomes les plus lourds, qui se trouvent en bas du tableau périodique des éléments. En effet, plus le noyau est lourd, plus il a une charge électrique importante. Étant donné que ces charges électriques sont toutes de même signe (le proton a une charge positive), la répulsion entre protons est de plus en plus grande.

La stabilité d'un noyau résulte toujours d'un équilibre entre les forces d'attraction et de répulsion. Si la répulsion électrique augmente quand on va vers les masses de noyau élevées, il faut nécessairement que les forces d'attraction augmentent. Cette attraction est due à la force nucléaire forte. Ainsi la force nucléaire entre deux protons, deux neutrons, ou un proton et un neutron, est sensiblement la même. La différence entre ces deux types de particules tient donc à leur charge électrique. Les protons interagissent de « façon nucléaire », mais aussi de « façon électrique ». Les neutrons eux n'interagissent que de façon nucléaire.

Si la force électrique entre protons est toujours répulsive, la force nucléaire est toujours attractive aux distances caractéristiques mises en jeu dans le noyau de l'atome. Ainsi plus les noyaux sont lourds plus ils présentent un excès de neutrons par rapport aux protons. Les neutrons ont l'avantage d'apporter de l'attraction sans répulsion. Plus on rajoutera de la charge électrique et plus il faudra de neutrons en excès. Si pour le noyau d'oxygène le plus abondant (isotope 16 de l'oxygène) le nombre de protons égale le nombre de neutrons (8 protons et 8 neutrons, soit 16 nucléons) ceci n'est plus vrai pour le plus abondant des noyaux de l'atome de plomb, l'isotope 208 du plomb (82 protons et 126 neutrons, soit 208 nucléons).

Plus la masse du noyau est élevée, plus il est dur pour lui d'avoir une configuration stable. Ainsi l'élément le plus lourd connu étant stable est le bismuth209 (83 protons et 126 neutrons). Au-delà de cette masse tous les éléments connus sont instables. Les plus abondants dans la nature sont le thorium232 (90 protons et 142 neutrons) et l'uranium238 (92 protons et 146 neutrons). Bien qu'instables, ils sont présents sur notre planète car leur durée de vie est élevée (14 milliards d'années pour le thorium et 4,5 milliards d'années pour l'uranium).

Pourquoi certains atomes rayonnent-ils ?[modifier]

Les atomes instables dont le noyau est trop lourd peuvent se débarrasser d'une partie de cette charge en éjectant deux protons et deux neutrons groupés, qui forment un noyau d'atome d'hélium. C'est la radioactivité alpha.

Il existe une autre force au sein du noyau, la force nucléaire faible. Cette force a la particularité de changer un proton en neutron, ou vice versa. Certain noyaux instables « profitent » de cette possibilité pour se transformer en une configuration plus stable. C'est le cas du noyau de carbone 14 (6 protons et 8 neutrons) qui se transforme en azote 14 (7 protons et 7 neutrons). Dans la pratique, cette transformation s'accompagne de l'émission de deux particules (soit un électron et un antineutrino, soit un positron et un neutrino). Cette radioactivité est dénommée béta.

Bien souvent, le noyau formé par radioactivité (on parle aussi de décroissance) alpha ou béta a un petit excès d'énergie qu'il lui faut évacuer. Un des moyens dont il dispose est d'émettre un rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement est de même nature que les ondes radio, ou encore les micro-ondes de nos fours. Il met cependant en jeu des énergies bien plus grandes et est dénommé rayonnement gamma. C'est le phénomène de radioactivité gamma.

voir aussi[modifier]