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2) Les différents types de rayonnements
a) Les rayonnements radioactifs
Les particules α
Les particules α furent identifiées en 1908 par Ernest Rutherford comme des noyaux d´hélium, composés de 2 protons et 2 neutrons, émis lors de la transformation de noyaux atomiques lourds (Z > 82 et A > 200). Ces noyaux, instables, émettent des particules α pour s´alléger et ainsi se rapprocher de la vallée de la stabilité.
L´énergie cinétique libérée lors d´une désintégration α est partagée entre la particule et le noyau d´où elle provient : la particule emporte environ 98% de l´énergie et le noyau le reste. L´énergie de la particule α est de l'ordre de plusieurs millions d'électrons-volts. La réaction ci-dessus libère par exemple 4.6 MeV, c´est-à-dire 4.6 millions d'électrons-volts.
Ils ont un faible pouvoir pénétrant mais sont très dangereux à cause de leur fort pouvoir ionisant. Ce furent, avec les neutrons, les particules radioactives les plus meurtrières à Hiroshima.
Ex : 88226Ra --> 86222Rn + 24He |
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L´énergie cinétique libérée lors d´une désintégration α est partagée entre la particule et le noyau d´où elle provient : la particule emporte environ 98% de l´énergie et le noyau le reste. L´énergie de la particule α est de l'ordre de plusieurs millions d'électrons-volts. La réaction ci-dessus libère par exemple 4.6 MeV, c´est-à-dire 4.6 millions d'électrons-volts.
Ils ont un faible pouvoir pénétrant mais sont très dangereux à cause de leur fort pouvoir ionisant. Ce furent, avec les neutrons, les particules radioactives les plus meurtrières à Hiroshima.
Parcours d'une particule α dans différents matériaux
substances |
Air, 0°C |
Eau |
Aluminium |
Plomb |
Energie cinétique initiale : 1 Mev |
0,5 cm |
8 µm |
3 µm |
1 µm |
Energie cinétique initiale : 5 Mev |
3,5 cm |
45 µm |
21 µm |
7µm |
Les particules β
Il existe 2 sortes de radioactivité β, la β- et la β+. La première est la transformation d´un neutron en un proton avec émission d´un électron e- et d´un antineutrino ¯ν : 01n --> 11p + -10e + ¯ν.
La radioactivité β+ est la transformation d´un proton en un neutron avec émission d´antiélectron e+, ou positon et d´un neutrino ν : 11p --> 10n + 10e + ν (un proton est transformé en neutron avec émission d´un positon).
Nous ne nous intéresserons pas à cette radioactivité car elle n´existe pas dans la nature et n´a lieu qu´avec des noyaux crées artificiellement.
La radioactivité gamma est marquée par l´émission d´un photon gamma lors de la désexcitation d´un noyau fils. Elle peut aussi bien accompagner la radioactivité β ou α : la désintégration d´un noyau peut en effet mener à une excitation du noyau fils. On dit qu'un noyau est excité lorsqu'il est porté à un niveau d´énergie supérieur à la normale. Ce niveau étant instable, le noyau va donc revenir à l´état d´énergie de départ : c´est la désexcitation. Ce retour à un niveau d´énergie normal est accompagné par l´émission d´un photon.
Ex : 614C --> 716N * + -10e (L´ * représente l´excitation du noyau fils).
716N* --> 716N + γ (Désexcitation du noyau avec émission d´un photon)
On a également vu (fig. 3) que des photons pouvaient être émis lors de la fission d´un noyau lourd.
Ex : 2760Co --> 2860Ni + -10e + ¯ν |
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La radioactivité β+ est la transformation d´un proton en un neutron avec émission d´antiélectron e+, ou positon et d´un neutrino ν : 11p --> 10n + 10e + ν (un proton est transformé en neutron avec émission d´un positon).
Nous ne nous intéresserons pas à cette radioactivité car elle n´existe pas dans la nature et n´a lieu qu´avec des noyaux crées artificiellement.
Parcours d'une particule β dans différents matériaux
substances |
Air, 0°C |
Eau |
Aluminium |
Plomb |
Energie cinétique initiale : 1 Mev |
2,9 m |
4 mm |
1,5 mm |
0,35 mm |
Energie cinétique initiale : 5 Mev |
10 m |
15 mm |
5,5 mm |
1,3 mm |
Les photons gamma
La radioactivité gamma est marquée par l´émission d´un photon gamma lors de la désexcitation d´un noyau fils. Elle peut aussi bien accompagner la radioactivité β ou α : la désintégration d´un noyau peut en effet mener à une excitation du noyau fils. On dit qu'un noyau est excité lorsqu'il est porté à un niveau d´énergie supérieur à la normale. Ce niveau étant instable, le noyau va donc revenir à l´état d´énergie de départ : c´est la désexcitation. Ce retour à un niveau d´énergie normal est accompagné par l´émission d´un photon.
Ex : 614C --> 716N * + -10e (L´ * représente l´excitation du noyau fils).
716N* --> 716N + γ (Désexcitation du noyau avec émission d´un photon)
On a également vu (fig. 3) que des photons pouvaient être émis lors de la fission d´un noyau lourd.
Parcours d'un photon γ d´énergie 1 MeV dans différents matériaux
substances |
Air, 0°C |
Eau ou tissu vivant |
Béton |
Plomb |
Pénétration |
150 m |
15 cm |
6 cm |
1,5 cm |
Pénétration des particules : récapitulatif
b) Les neutrons
On a vu plus haut que la fission d´un noyaux libérait de l´énergie et des neutrons. C´est ainsi que de nombreux neutrons ont été libérés lors de l´explosion de la bombe atomique et se sont propagés dans toutes les directions, couvrant une distance de 1 à plusieurs kilomètres. Le pouvoir de pénétration de ces particules est très puissant, elles sont donc très agressives pour le corps humain.