Radiation nucléaire fait référence aux processus par lesquels les noyaux instables deviennent plus stables en émettant des particules énergétiques. Les trois types de rayonnement nucléaire font référence aux rayonnements alpha, bêta et gamma. Pour se stabiliser, un noyau peut émettre une particule alpha (un noyau d'hélium) ou une particule bêta (un électron ou un positron). Souvent, perdre une particule de cette façon laisse le noyau dans un état excité. Ensuite, le noyau libère l'excès d'énergie sous la forme d'un photon gamma.

introduction

Une matière est finalement constituée d'atomes. Les atomes, à leur tour, sont constitués de protons, neutrons et électrons. Les protons sont chargés positivement et les électrons sont chargés négativement. Les neutrons ne sont pas chargés. Les protons et les neutrons résident à l'intérieur du noyau de l'atome, et les protons et les neutrons sont appelés ensemble nucléons. Les électrons se trouvent dans une région autour du noyau, qui est beaucoup plus grande que la taille du noyau lui-même. Dans les atomes neutres, le nombre de protons est égal au nombre d'électrons. Dans les atomes neutres, les charges positives et négatives s'annulent, donnant une charge nette nulle.

Structure d'un atome - Les nucléons se trouvent dans la région centrale. Dans la région grise, l'électron peut être trouvé.

Propriétés des protons, des neutrons et des électrons

Particule	Classification des particules	Masse	Charger
Proton ( )	Baryon
Neutron ( )	Baryon
Électron ( )	Lepton

Notez que le neutron est légèrement plus lourd que le proton.

Notation pour représenter les noyaux

Les noyaux d'un isotope sont souvent représentés sous la forme suivante:

Par exemple, les isotopes de l'hydrogène protium, deutérium et tritium s'écrivent avec la notation suivante:

,

,

.

Parfois, le nombre de protons est également émis et seuls le symbole et le nombre de nucléons sont écrits. par exemple.,

,

,

.

Il n'y a aucun problème à ne pas afficher explicitement le nombre de protons, car le nombre de protons détermine l'élément (symbole). Parfois, un isotope donné peut être référencé avec le nom de l'élément et le numéro du nucléon, par ex. l'uranium-238.

Masse atomique unifiée

Masse atomique unifiée (

) est défini comme

la masse d'un atome de carbone 12.

.

Les trois types de rayonnement nucléaire

Rayonnement alpha bêta et gamma

Comme nous l'avons mentionné précédemment, les trois types de rayonnement nucléaire sont les rayonnements alpha, bêta et gamma. Dans rayonnement alpha, un noyau devient plus stable en émettant deux protons et deux neutrons (un noyau d'hélium). Il existe trois types de rayonnement bêta: bêta moins, bêta plus et capture d'électrons. Dans rayonnement bêta moins, un neutron peut se transformer en proton, libérant ainsi un électron et un antineutrino électronique. Dans bêta plus rayonnement, un proton peut se transformer en neutron en dégageant un positon et un antineutrino électronique. Dans capture d'électrons, un proton dans le noyau capture un électron de l'atome, se transforme en neutron et libère un neutrino électronique dans le processus. Le rayonnement gamma fait référence à l'émission de photons gamma par des noyaux dans des états excités, afin qu'ils deviennent désexcités.

Qu'est-ce que le rayonnement alpha

Dans rayonnement alpha, un noyau instable émet un particule alpha, ou un noyau d'hélium (c'est-à-dire 2 protons et 2 neutrons), pour devenir un noyau plus stable. Une particule alpha peut être désignée par

ou

.

Par exemple, un noyau de polonium-212 subit une désintégration alpha pour devenir un noyau de plomb-208:

Lorsque les désintégrations nucléaires sont écrites sous cette forme, le nombre total de nucléons du côté gauche doit être égal au nombre total de nucléons du côté droit. Aussi, le nombre total de protons du côté gauche doit être égal au nombre total de protons du côté droit. Dans l'équation ci-dessus, par exemple, 212 = 208 + 4 et 84 = 82 + 2.

Le noyau fils produit par une désintégration alpha a donc deux protons et quatre nucléons de moins que le noyau parent.

En général, pour la désintégration alpha, on peut écrire:

Les particules alpha émises lors de la désintégration alpha ont des énergies spécifiques, qui sont déterminées par la différence de masse des noyaux parent et fils.

Exemple 1

Écrivez l'équation de la désintégration alpha de l'américium-241.

L'américium a un numéro atomique de 95. Pendant la désintégration alpha, le noyau d'américium émettrait une particule alpha. Le nouveau noyau produit (« le noyau fille ») aurait au total deux protons de moins et quatre nucléons de moins. c'est-à-dire qu'il devrait avoir un numéro atomique 93 et ​​un numéro nucléon 237. Le numéro atomique 93 fait référence à un atome de neptunium (Np). Alors, nous écrivons,

Qu'est-ce que le rayonnement bêta

Dans le rayonnement bêta, un noyau se désintègre en émettant un électron ou un positron (un positron est l'antiparticule de l'électron, ayant la même masse mais la charge opposée). Le noyau ne contient ni électrons ni positons; ainsi, un proton ou un neutron doit d'abord se transformer, comme nous le verrons ci-dessous. Lorsqu'un électron ou un positon est libéré, afin de conserver le nombre de leptons, un neutrino électronique ou un antineutrino électronique est également libéré. L'énergie des particules bêta (qui fait référence aux électrons ou aux positrons) pour une désintégration donnée pourrait prendre une gamme de valeurs, selon la quantité d'énergie libérée pendant le processus de désintégration a été donnée au neutrino/antineutrino. Selon le mécanisme impliqué, il existe trois types de rayonnement bêta: bêta moins, bêta plus et capture d'électrons.

Qu'est-ce que le rayonnement bêta moins

UNE bêta moins (

) particule est un électron. Dans la désintégration bêta moins, un neutron se désintègre en un proton, un électron et un antineutrino électronique:

Le proton reste dans le noyau tandis que l'électron et l'antineutrino électronique sont émis. Le processus bêta moins peut être résumé comme suit:

Par exemple, l'or-202 se désintègre par émission bêta moins:

Qu'est-ce que le rayonnement bêta Plus

UNE bêta plus (

) particule est un positron. Dans la désintégration bêta plus, un proton se transforme en un neutron, un positron et un neutrino:

Le neutron reste dans le noyau tandis que le positon et le neutrino électronique sont émis. Le processus bêta moins peut être résumé comme suit:

Par exemple, un noyau phosphore-30 peut subir une désintégration bêta plus:

Qu'est-ce que la capture d'électrons

En capture d'électrons, un proton dans le noyau « capture » un des électrons de l'atome, donnant un neutron et un neutrino électronique:

Le neutrino électronique est émis. Le processus de capture d'électrons peut être résumé ainsi:

Par exemple, Nickel-59 montre bêta plus décroissance comme suit:

Qu'est-ce que le rayonnement gamma

Après avoir subi une désintégration alpha ou bêta, le noyau est souvent dans un état d'énergie excitée. Ces noyaux se désexcitent alors en émettant un photon gamma et en perdant leur excès d'énergie. Le nombre de protons et de neutrons ne change pas au cours de ce processus. Le rayonnement gamma prend généralement la forme:

où l'astérisque représente le noyau dans un état excité.

Par exemple, le cobalt-60 peut se désintégrer en nickel-60 via la désintégration bêta. Le noyau de nickel formé est dans un état excité et émet un photon gamma pour se désexciter:

Les photons émis par les rayons gamma ont également des énergies spécifiques en fonction des états d'énergie spécifiques du noyau.

Propriétés du rayonnement alpha bêta et gamma

Comparativement, les particules alpha ont la masse et la charge les plus élevées. Ils se déplacent lentement par rapport aux particules bêta et gamma également. Cela signifie que lorsqu'ils voyagent à travers la matière, ils sont capables d'éliminer beaucoup plus facilement les électrons des particules de matière avec lesquelles ils entrent en contact. Par conséquent, ils ont le pouvoir ionisant le plus élevé.

Cependant, parce qu'ils provoquent le plus facilement des ionisations, ils perdent également leur énergie le plus rapidement. En règle générale, les particules alpha ne peuvent parcourir que quelques centimètres dans l'air avant de perdre toute leur énergie à cause des particules d'air ionisantes. Les particules alpha ne peuvent pas non plus pénétrer à travers la peau humaine, elles ne peuvent donc causer aucun dommage tant qu'elles restent à l'extérieur du corps. Cependant, si une matière radioactive émettant des particules alpha est ingérée, cela peut causer de nombreux dommages en raison de sa forte capacité à provoquer une ionisation.

Comparativement, les particules bêta (électrons/positrons) sont plus légères et peuvent voyager plus rapidement. Ils ont également la moitié de la charge d'une particule alpha. Cela signifie que leur pouvoir ionisant est inférieur à celui des particules alpha. En effet, les particules bêta peuvent être arrêtées par quelques millimètres de feuilles d'aluminium.

Les photons émis par le rayonnement gamma sont non chargés et « sans masse ». En traversant un matériau, ils peuvent donner de l'énergie aux électrons qui composent le matériau et provoquer des ionisations. Cependant, leur pouvoir ionisant est bien moindre par rapport à celui des alpha et bêta. D'autre part, cela signifie que leur capacité à pénétrer dans les matériaux est beaucoup plus grande. Un bloc de plomb de plusieurs centimètres d'épaisseur pourrait réduire l'intensité du rayonnement gamma, mais même cela ne suffit pas à arrêter complètement le rayonnement.

Le tableau ci-dessous compare certaines des propriétés des rayonnements alpha, bêta et gamma

Biens	Rayonnement alpha	Rayonnement bêta	Rayonnement gamma
Nature de la particule	Un noyau d'hélium	Un électron/positon	Un photon
Charger			0
Masse			0
Vitesse relative	Lent	Moyen	Vitesse de la lumière
Puissance d'ionisation relative	Haute	Moyen	Meugler
Arreté par	Feuille de papier épaisse	Quelques mm de tôle d'aluminium	(dans une certaine mesure) Quelques cm d'un bloc de plomb

Les références:

Groupe de données de particules. (2013). Constantes physiques. Extrait le 24 juillet 2015 du Particle Data Group: