FORMULES de PHYSIQUE
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DéSINTéGRATION
-désintégration
La désintégration est la modification spontanée et aléatoire d'un noyau d'atome, le sollicitant pour atteindre un niveau d’énergie plus fondamental (donc vers le minimum) Cela suscite des émissions de particules et d'énergies
MODES de DÉSINTÉGRATION
Un noyau contient Z protons + N neutrons = A nucléons (A= nombre de masse)
Désintégration quand le noyau présente un excès de nucléons
AZX1 >> A-4Z-2 X2 + 42 He Ce qui signifie que le corps X1 qui se désintègre donne naissance à un corps X2 et à une particule He, constituant un rayonnement alpha (4 nucléons = 2 protons + 2 neutrons). Cette particule alpha chargée positivement capte les électrons dans son noyau ou ailleurs pour que le bilan électrique total reste neutre.
Désintégration possible jusqu'à une limitation due à l'effet tunnel
Désintégration quand le noyau présente un excès de neutrons
AZX1 >> AZ+1X2+ 0-1e + n, où un neutron devient proton en émettant un électron; c'est le rayonnement bêta-. Electriquement, le bilan est conservatif (1 charge négative perdue avec l'électron, mais 1 charge positive gagnée dans le noyau devenu celui d'un nouveau corps) et n est un neutrino, ce qui indique qu'il y a extraction,parallèlement, d'1 antineutrino pris au milieu universel
On peut aussi observer dans ce cas un phénomène similaire : la capture d'un électron e-
AZX1 + 0-1e >> AZ-1X2 le noyaul prend alors un électron de sa propre nappe.Et le réarrangement du cortège électronique se fait ensuite en cascade
Très exceptionnellement (si gros excès neutronique) il y a émission de neutrons retardés.
Désintégration quand le noyau présente un excès de protons
AZX1 >> AZ-1X2+ 01e + n, un proton devient neutron en émettant un positron (électron positif) et un neutrino; c'est le rayonnement bêta+. Le positron interagit avec un électron, provoquant leur annihilation en une paire de photons g
ACTIVITÉ de DÉSINTÉGRATION
Activité est le terme exprimant une variation énergétique. Symbole (fa)
Pour les corps radioactifs, elle est mesurée par le nombre de désintégrations particulaires, obtenu en un temps donné
Cette activité est parfois nommée vitesse de désintégration, ce qui est impropre, car vitesse implique un déplacement or ici, il n'est pas question de mouvement, car les désintégrations ne dépendent que du seul écoulement du temps. Il faut donc dire fréquence ou activité (de désintégration)- et non pas "vitesse"
Equation de dimensions de cette activité de désintégration: T-1
Symbole fa Unité S.I.+ : Becquerel (Bq) c'est à dire une désintégration par seconde
On utilisa aussi le Curie (1 Ci = 3,7.1010 Bq)
L'activité est fa = Kdé.n où n est le nombre d'atomes présents et Kdé est une constante dite constante radioactive (ou constante de désintégration) qui est immuable pour un corps donné (avec toutefois quelques petites variations, dues à la pureté chimique, la pression, la température....)
Kdé est une probabilité du nombre de désintégrations. C'est une constante de dimension
T-1(et c'est aussi l'inverse de la constante de temps)
Les valeurs de Kdé s'échelonnent entre 1,6.10-18 et 3.106 s-1
On a par ailleurs l'équation >> n = n0.e-dt.Kdé où n et n0 sont respectivement les nombres probables d'atomes radioactifs au temps t et au temps zéro et où dt est la durée
STABILITÉ et PERIODE
La stabilité exprime la durée de vie d'un particule.Par exemple (électron, proton...) disparaissent (ont une stabilité) allant de 1030 à 1033 secondes
L'instabilité d'une particule correspond à une vie courte = rapidité de désintégration (en anglais: decay) et c'est également un temps
Exemples d'instabilités (exprimées en seconde)
méson p (10-16)--tauon, mésons B & D(10-12)--baryons, méson K(10-10)-- muon(10-6)--neutron(103)
La période (ou demi-vie) d'une substance radioactive est la durée pendant laquelle le corps perd la moitié de sa masse par émissions de particules ou de rayons.
Donc la période est telle que nt/ n0= 1/2
nt = nombre de particules restant au temps t
où nt = nombre de particules restant au temps t et n0 nombre de particules présentes au temps initial 0
La loi de Sady donne t = t0/ Log e(nt /n0)
où t(s)= durée de vie moyenne de la particule (la durée de vie d'une particule est évidemment plus longue que sa période de désintégration) .
Si la probabilité de désintégration est w , la période est tp(s) = 0,693 / w
Exemples : pour un proton, la durée de vie = 1033 à 40 secondes, pour un électron c'est 1032 s. et pour des baryons et mésons c'est 10-8 à -12 s.)
t0(s)= temps origine (où il y avait no particules)
Quelques périodes de désintégration de corps radioactifs (arrondies)
227Actinium(22 ans)
8 4 Béryllium(2.10-16s )
226 Radon(1600 ans)
233 90Thorium(1320 s. soit 22 minutes)
234 Uranium(250.000 ans)
235 Uranium(700 millions ans)
238 Uranium(4,5 milliards ans)
90 46 Zirconium(5.1013 s )