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Les Différents Types de Désintégrations Radioactives : Alpha, Bêta et Gamma

Explication détaillée des désintégrations alpha, bêta (plus et moins) et gamma. Comprendre les particules émises, les transformations nucléaires et l'écriture des équations de désintégration. Ce guide est conçu pour les élèves de Terminale.

Introduction à la Radioactivité

La radioactivité est un phénomène physique par lequel des noyaux atomiques instables se transforment spontanément en d'autres noyaux, plus stables, en émettant des particules ou un rayonnement électromagnétique. Cette transformation est dite désintégration radioactive.

Désintégration Alpha (α)

La désintégration alpha est l'émission d'un noyau d'hélium 4 (4He2), également appelé particule alpha, par un noyau atomique instable. Ce type de désintégration est courant chez les noyaux lourds, tels que l'uranium et le radium. Équation générale: AXZ → A-4YZ-2 + 4He2 Explication:

  • AXZ représente le noyau père, avec A le nombre de masse (nombre de nucléons) et Z le numéro atomique (nombre de protons).
  • A-4YZ-2 représente le noyau fils. Le nombre de masse diminue de 4 (2 protons et 2 neutrons sont éjectés) et le numéro atomique diminue de 2.
  • 4He2 est la particule alpha.
Exemple: Désintégration alpha de l'uranium 238 : 238U92 → 234Th90 + 4He2

Désintégration Bêta Moins (β-)

La désintégration bêta moins est l'émission d'un électron (e-) et d'un antineutrino électronique (ν̄e) par un noyau atomique instable. Ce type de désintégration se produit lorsqu'un neutron du noyau se transforme en un proton. Équation générale: AXZ → AYZ+1 + e--1 + ν̄e Explication:

  • AXZ représente le noyau père.
  • AYZ+1 représente le noyau fils. Le nombre de masse reste inchangé (un neutron est transformé en proton) et le numéro atomique augmente de 1.
  • e--1 est l'électron.
  • ν̄e est l'antineutrino électronique.
Exemple: Désintégration bêta moins du carbone 14: 14C6 → 14N7 + e--1 + ν̄e Remarque: L'antineutrino électronique est nécessaire pour conserver l'énergie, le moment cinétique et le nombre leptonique lors de la désintégration.

Désintégration Bêta Plus (β+)

La désintégration bêta plus est l'émission d'un positon (e+) et d'un neutrino électronique (νe) par un noyau atomique instable. Ce type de désintégration se produit lorsqu'un proton du noyau se transforme en un neutron. Équation générale: AXZ → AYZ-1 + e+1 + νe Explication:

  • AXZ représente le noyau père.
  • AYZ-1 représente le noyau fils. Le nombre de masse reste inchangé et le numéro atomique diminue de 1.
  • e+1 est le positon.
  • νe est le neutrino électronique.
Exemple: Désintégration bêta plus du potassium 40: 40K19 → 40Ar18 + e+1 + νe Remarque: Le positon est l'antiparticule de l'électron, avec la même masse mais une charge électrique positive. Le neutrino électronique est également nécessaire pour conserver l'énergie, le moment cinétique et le nombre leptonique.

Désintégration Gamma (γ)

La désintégration gamma est l'émission d'un photon gamma (γ), un rayonnement électromagnétique de haute énergie, par un noyau atomique instable. Ce type de désintégration se produit lorsqu'un noyau est dans un état excité après une désintégration alpha ou bêta, et qu'il revient à son état fondamental. Équation générale: AX*Z → AXZ + γ Explication:

  • AX*Z représente le noyau père dans un état excité.
  • AXZ représente le noyau fils dans son état fondamental. Le nombre de masse et le numéro atomique restent inchangés.
  • γ est le photon gamma.
Exemple: Désintégration gamma du cobalt 60 après une désintégration bêta moins: 60Ni*28 → 60Ni28 + γ Remarque: La désintégration gamma n'entraîne pas de changement du nombre de masse ou du numéro atomique. Elle permet simplement au noyau de se débarrasser de son excès d'énergie.

Conservation des lois

Lors de toute désintégration radioactive, plusieurs lois de conservation doivent être respectées :

  • Conservation du nombre de masse (A) : La somme des nombres de masse des produits de la désintégration doit être égale au nombre de masse du noyau père.
  • Conservation du nombre de charge (Z) : La somme des numéros atomiques des produits de la désintégration doit être égale au numéro atomique du noyau père.
  • Conservation de l'énergie : L'énergie totale (énergie cinétique + énergie de masse) est conservée.
  • Conservation de la quantité de mouvement : La quantité de mouvement totale est conservée.

Ce qu'il faut retenir

  • Radioactivité: Transformation spontanée d'un noyau instable avec émission de particules ou de rayonnement.
  • Désintégration Alpha (α): Émission d'un noyau d'hélium (4He2). Le nombre de masse diminue de 4 et le numéro atomique de 2.
  • Désintégration Bêta Moins (β-): Émission d'un électron (e-) et d'un antineutrino électronique (ν̄e). Le numéro atomique augmente de 1.
  • Désintégration Bêta Plus (β+): Émission d'un positon (e+) et d'un neutrino électronique (νe). Le numéro atomique diminue de 1.
  • Désintégration Gamma (γ): Émission d'un photon gamma (γ). Le noyau passe d'un état excité à un état fondamental sans changement de A ou Z.
  • Lois de conservation: Nombre de masse, nombre de charge, énergie et quantité de mouvement sont conservés.

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FAQ

  • Quelle est la différence entre une particule alpha et un rayon gamma ?

    Une particule alpha est un noyau d'hélium (2 protons et 2 neutrons), tandis qu'un rayon gamma est un photon de haute énergie (rayonnement électromagnétique). Les particules alpha ont une masse et une charge électrique, tandis que les rayons gamma n'en ont pas.
  • Pourquoi certains noyaux sont-ils radioactifs et d'autres pas ?

    Les noyaux sont radioactifs s'ils ont un rapport neutron/proton qui les rend instables. Cette instabilité peut être due à un excès de neutrons, un excès de protons, ou une combinaison des deux. Les noyaux stables ont un rapport neutron/proton qui se situe dans une zone de stabilité.
  • Comment savoir quel type de désintégration un noyau va subir ?

    Le type de désintégration dépend du rapport neutron/proton du noyau. Si le noyau a trop de neutrons, il est susceptible de subir une désintégration bêta moins. S'il a trop de protons, il est susceptible de subir une désintégration bêta plus ou une capture électronique. Les noyaux très lourds sont susceptibles de subir une désintégration alpha.