La radioactivité Chapitre 1
Dans la nature, soit les atomes sont stables, c’est-à-dire qu’ils restent indéfiniment identiques à eux-mêmes, soit ils sont instables, c’est-à-dire que la composition de leurs noyaux est instable. Pour revenir à un état stable, ces atomes sont obligés de se transformer. Ils expulsent alors de l’énergie provenant de la modification de leurs noyaux, sous forme de rayonnement. Ce phénomène, naturel, s’appelle la radioactivité.
Un élément peut avoir plusieurs « variantes ». Celles-ci gardent toujours les mêmes propriétés chimiques : le nombre de protons (Z) ne change pas. En revanche, leurs propriétés physiques sont différentes, c’est-à-dire que le nombre de neutrons (N), lui, évolue. On les appelle des isotopes. Un isotope reste un atome. Par exemple, l’hydrogène en possède trois : l’hydrogène H (1 proton, 0 neutron et 1 électron), le deutérium 2H (1 proton, 1 neutron et 1 électron) et le tritium 3H (1 proton, 2 neutrons et 1 électron). L’uranium possède 17 isotopes avec toujours le même nombre de protons : 92.
Un isotope peut être stable ou instable. Lorsqu’il est stable, le nombre de protons et de neutrons qu’il contient est en général assez proche. Il existe un certain équilibre en proportion entre ces deux particules, même si cela ne signifie pas nécessairement qu’elles sont égales. Le dernier des isotopes stables est le plomb-208. C’est aussi l’isotope stable le plus lourd, avec une masse atomique, notée A, égale à 208 (Z=82 + N=126). La composition d’un isotope stable ne change pas naturellement.
Au contraire, les atomes instables présentent un trop grand déséquilibre entre le nombre de protons et de neutrons. Ils cherchent donc constamment une stabilité en produisant un rayonnement ionisant (alpha, bêta, gamma), autrement dit de l’énergie et/ou un faisceau de particules. Cela permet aux isotopes instables, soit de réajuster leur noyau, soit d’éjecter les particules en trop. Ce processus est qualifié de « désintégration radioactive », ce pourquoi on les nomme aussi des isotopes radioactifs, radionucléides ou encore radio-isotopes. Leur masse atomique change également, ce qui les transforme en un nouvel élément. À titre d’exemple, l’uranium-238 se transforme en thorium-234 par désintégration radioactive (alpha).
La radioactivité est un phénomène naturel qui diminue au fil du temps. La durée de vie d’un radio- isotope dépend de sa période radioactive, aussi appelée demi-vie. Celle-ci correspond au temps nécessaire pour que la radioactivité soit divisée par deux, autrement dit que la moitié d’un isotope se soit désintégrée. Ainsi, la période radioactive de l’iode-131 est de 8 jours ; celle du carbone-14, de 5 730 ans ; celle du potassium-40, de 1,3 milliard d’années, etc. ■
Radioactivité et fission nucléaire
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