Quiz : la radioactivité et la décroissance radioactive

La radioactivité, découverte par Henri Becquerel en 1896 puis étudiée par Pierre et Marie Curie, est la désintégration spontanée d’un noyau instable (noyau père) en un noyau plus stable (noyau fils), avec émission d’une particule et souvent d’un rayonnement γ. Toute désintégration conserve le nombre de nucléons A et le nombre de charge Z (lois de Soddy).

Désintégration α : émission d’un noyau d’hélium ⁴₂He ; A diminue de 4 et Z de 2 (²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He). Désintégration β⁻ : émission d’un électron, un neutron se transformant en proton ; Z augmente de 1 (¹⁴₆C → ¹⁴₇N + électron). Désintégration β⁺ : émission d’un positon ; Z diminue de 1. Émission γ : photon de haute énergie émis par un noyau fils excité qui se désexcite, sans changer A ni Z.

La désintégration d’un noyau donné est aléatoire : on ne peut pas prévoir quand elle aura lieu. Mais pour un grand nombre de noyaux, N(t) = N₀ × e^(−λt), où λ est la constante radioactive (en s⁻¹), caractéristique du noyau. La demi-vie t½ = ln 2 / λ est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initialement présents s’est désintégrée. Après n demi-vies, il reste N₀ / 2ⁿ noyaux, soit 1/8 après 3 demi-vies.

L’activité A = λ × N est le nombre de désintégrations par seconde ; elle s’exprime en becquerels (1 Bq = 1 désintégration par seconde) et décroît selon la même loi : A(t) = A₀ × e^(−λt).

Datation : le carbone 14, de demi-vie environ 5 730 ans, permet de dater des restes organiques jusqu’à quelques dizaines de milliers d’années. Médecine : l’iode 131, de demi-vie proche de 8 jours, sert au diagnostic et au traitement de maladies de la thyroïde.

Les rayonnements ionisants sont dangereux pour les êtres vivants. On s’en protège en limitant la durée d’exposition, en s’éloignant de la source et en interposant des écrans : une feuille de papier arrête les particules α, quelques millimètres d’aluminium les particules β, alors que les rayons γ nécessitent du plomb ou du béton épais.