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Le saviez-vous ?
En 1942, sous la direction du physicien italien Enrico Fermi, les Etats-Unis créent le tout 1er prototype de réacteur nucléaire, nommé "pile atomique". Il s’agit de la première réaction en chaîne contrôlée de fission nucléaire.
C'est quoi ?
Dans la nature, la plupart des noyaux d’atomes sont stables. Cependant, certains atomes ont des noyaux instables, ce qui est dû à un excès soit de protons, soit de neutrons, ou encore à un excès des deux. Ils sont dits radioactifs et sont appelés radio-isotopes ou radionucléides.
Les noyaux d’atomes radioactifs se transforment spontanément en d’autres noyaux d’atomes, radioactifs ou non. Ainsi, de noyau radioactif en noyau radioactif, l’uranium 238 tend à se transformer en une forme stable, le plomb 206. Cette transformation irréversible d’un atome radioactif en un autre atome est appelée désintégration et s’accompagne d’une émission de différents types de rayonnements.
La radioactivité ne concernant que le noyau et non les électrons, les propriétés chimiques des isotopes radioactifs sont les mêmes que celles des isotopes stables.
La mesure de la radioactivité
Le becquerel (Bq).
Un échantillon radioactif se caractérise par son activité qui est le nombrede désintégrations de noyaux radioactifs par seconde qui se produisent en son sein. L’unité d’activité est le becquerel, de symbole Bq.
1 Bq = 1 désintégration par seconde.
Découverte
Par un jour nuageux, Becquerel ne peut exposer ses sels d’uranium phosphorescents à la lumière du soleil. Il les stocke alors dans un tiroir où il a déjà rangé une plaque photographique vierge, protégée par du papier noir.
Au bout de quelques jours, cette plaque porte la trace d’un rayonnement alors que les sels sont restés à l’abri de la lumière. Le physicien s’aperçoit ensuite que ce rayonnement, qu’il appelle 'rayons uraniques', est émis par plusieurs sels d’uranium, phosphorescents ou non.
Becquerel en tire deux conclusions :
Il se demande d’où l’uranium peut tirer son énergie avec une telle persistance... Henri Becquerel vient de découvrir la radioactivité.
Travaux décisifs
Marie Curie est une physicienne polonaise naturalisée française. Suite à la découverte d’Henri Becquerel, elle décide de continuer les travaux sur les 'rayons uraniques'.
Au cours de ses recherches sur de nombreux minerais, elle s’aperçoit que d’autres éléments comme le thorium émettent également des rayonnements.
Comprenant que ces rayonnements sont une propriété générale de la matière, elle leur donne le nom de radioactivité (du latin radius, rayon).
Bientôt, Pierre Curie s’associe aux recherches de son épouse. En 1898, le couple découvre deux éléments radioactifs encore inconnus, le polonium et le radium.
L'ère atomique
Ces découvertes fondamentales menées par Henri Becqurel et Pierre et Marie Curie, ouvrent un vaste champ de recherches. Dès lors, les physiciens explorent le cœur de la matière : les atomes.
En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie créent les premiers éléments radioactifs artificiels. L’homme est alors capable de maîtriser ce phénomène extraordinaire ouvrant la voie à une nouvelle ère scientifique et technique.
Aujourd’hui, on connaît les propriétés de la radioactivité, employées dans une multitude de domaines (médecine, agriculture, agroalimentaire...), mais aussi ses dangers qui amènent à en limiter et en contrôler l'utilisation.
Mon corps est-il radioactif ?
Dans le corps humain, une faible proportion d’un élément comme le potassium est naturellement radioactif. De la même manière, dans les aliments que l’on mange quotidiennement, dans certaines eaux minérales, il y a aussi des radioéléments.
Exemples d'activité d'échantillons radioactifs de notre environnement :
Radioactivité dangeureuse pour la santé
Il faudrait, pendant une année entière, avoir un débit de dose de 114 nanosievert par heure pour atteindre la limite d’exposition du public qui est de 1 millisievert par an en dehors des expositions médicales et naturelles.
. A partir de 10 mSv, on préconise une mise à l’abri des populations. Cette dose représente 3 fois la dose annuelle reçue par la population française.
. Au-delà de 50 mSv, l’évacuation est recommandée. Cela représente 15 fois la dose reçue par an par la population française.
. Pour la population, on parle de fortes doses au-delà de 100 mSv, c’est-à-dire 30 fois la dose reçue par an par la population française.
. Pour les travailleurs du nucléaire, la limite réglementaire d'exposition est en France de 20 mSv/an.
Radio-isotopes naturels
Lors de la formation de la Terre, il y a environ 5 milliards d’années, la matière comprenait des atomes stables et instables. Mais depuis, la majorité des atomes instables se sont désintégrés par radioactivité et la plupart d’entre eux ont fini par atteindre la stabilité.
Cependant, il existe toujours quelques atomes radioactifs naturels comme les radio-isotopes caractérisés par une très longue demi-vie comme l’uranium 238 (4,5 milliards d’années) et le potassium 40 (1,3 milliard d’années). Ils n’ont pas encore eu le temps de tous se désintégrer depuis qu’ils ont été créés.
Ces radio-isotopes naturels sont présents sur toute la planète, dans l’atmosphère (carbone 14, radon 222), dans la croûte terrestre (uranium 238 et uranium 235, radium 226…) et dans notre alimentation (potassium 40).
Radio-isotopes artificiels
La production de radio-isotopes artificiels se fait au moyen d’un cyclotron ou d’un réacteur nucléaire et permet de nombreuses applications.
Certains radio-isotopes (cobalt 60, iridium 192…) peuvent être utilisés comme source de rayonnements pour des radiographies gamma (ou gammagraphies) ou comme source d’irradiation pour la radiothérapie ou pour des applications industrielles.
De telles sources sont couramment utilisées en médecine et dans l’industrie. D’autres radio-isotopes artificiels sont créés dans les réacteurs nucléaires (strontium 90, césium 137…). Certains ne sont pas utilisés par l’homme. Ils constituent ce que l’on appelle les déchets nucléaires.
Fortement radioactifs, ils doivent être stockés sous haute surveillance et isolés de l’homme.
La datation
Certains éléments radioactifs naturels constituent de véritables chronomètres pour remonter dans le temps. Des méthodes de datation ont été mises au point, fondées sur la décroissance de la radioactivité contenue dans les objets ou vestiges étudiés.
En effet, après la mort d’un organisme, le carbone 14 n’est plus renouvelé par un échange avec le monde extérieur. Sa proportion diminue dans les organismes car il se désintègre petit à petit. La mesure du rapport carbone 14/carbone 12 permet donc de dater la mort. Moins il reste de carbone 14 dans le fossile à dater, plus la mort est ancienne.
La datation au carbone 14 permet d’aborder l’étude de l’histoire de l’Homme et de son environnement pendant la période de 5 000 à 50 000 ans avant le temps présent.
Traceurs radioactifs
Les propriétés chimiques d’un isotope radioactif sont identiques à celles d’un isotope stable, à la seule différence que le radio-isotope est instable.
Cette instabilité provoque la désintégration qui se traduit par l’émission de rayonnements. Il suffit alors de disposer d’outils de détection appropriés pour suivre à la trace ces radio-isotopes.
Par exemple, le potassium 40 qui est mélangé au potassium stable dans notre alimentation va suivre exactement le même trajet dans notre corps que ses isotopes stables.
La détection des rayonnements émis par le potassium 40 permet alors de suivre à la trace le déplacement de l’ensemble du potassium. Un radio-isotope peut donc servir de traceur à l’aide d’outils de détection appropriés.
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Texte
KEZAKO: Qu'est ce que la radioactivité ?
Aborde notamment les durée de vie, les rayonnements ionisants et les effets sur l'organisme.
La radioactivité naturelle : L'épopée du radium...
La radioactivité et son histoire...
Les atomes et la radioactivité !
Avis aux passionnés de physique nucléaire !
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