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Radioactivité
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Radioactivité : Une transformation nucléaire spontanée
La dernières transformations qui nous intéressent sont les transformations nucléaires. Nous parlons ici donc des interactions au niveau du noyau atomique, c’est à dire des interactions entre les protons et les neutrons principalement.
Sans entrer trop dans les détails, rappelons-nous que les protons sans chargés positivement et donc se repoussent à cause de l’interaction électrostatique. C’est pourquoi il faut des neutrons afin que le noyau garde sa cohésion.
Il existe une interaction encore plus importante et forte entre les protons et les neutrons (avec le nom très original de l’interaction forte) qui est comme une sorte de colle encore plus puissante que la répulsion électrostatique.
Le noyau a donc plus ou moins de stabilité en fonction du nombre de protons et de neutrons. Que se passe-t-il si cette proportions change? Le noyau peut devenir moins stable. Un noyau instable a tendance à se désintégrer spontanément : c’est la radioactivité.
Comme vous pouvez l’imaginer, pour un atome, certains isotopes sont plus ou moins radioactifs que d’autres. De plus, les atomes les plus légers sont les plus stables et plus un atome est lourd (surtout à partir de l’élément Fer) plus il a d’isotopes radioactifs, l’exemple classique étant un élément comme l’uranium (Z=92, avec plusieurs isotopes U-234, U-235, U-238, U-239, ...).
successDéfinition : Radioactivité
La radioactivité est le phénomène lié à la stabilité et à la désintégration spontanée des noyaux atomiques instables.
L’instabilité d’un noyau peut être due à un excès de protons par rapport au nombre de neutrons, mais aussi à un excès de neutrons par rapport aux protons.
En raison de la radioactivité, un élément chimique peut se transformer en d’autres éléments.
Voici les trois types de radioactivité dans la nature :
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Fission et Fusion : transformations nucléaires provoquées
La radioactivité n’est pas la seule transformation nucléaire possible. Il existe deux autres transformations, dites provoquées. Elles n’ont pas lieu au hasard, et l’on peut créer les conditions pour les provoquer.
successDéfinition : Fission
Lors d’une fission, un noyau (lourd) d’un atome se divise en deux noyaux plus légers, souvent en raison d’un impact avec un neutron.
Lors d’une fission, une petite partie de la masse des protons et des neutrons est convertie en une grande quantité d’énergie.
la fission, est la réaction qui a lieu dans des centrales nucléaires civiles, ainsi que dans les armes nucléaires.
Lors de la fission, il y a d’autres neutrons libérés qui vont, à leur tour, se heurter contre d’autres noyaux, provoquant leur fission et ainsi que la libération d’encore plus de neutrons, provoquant une réaction en chaîne.
successDéfinition : Fusion
Lors d’une fusion, deux noyaux atomiques légers s’associent pour former un nouveau noyau plus lourd.
Lors d’une fusion, une petite partie de la masse des protons et neutrons est convertie en une grande quantité d’énergie.
Afin qu’elle puisse avoir lieu, une fusion requiert un milieu de très haute température de pression pour que les noyaux puissent surmonter la répulsion électromagnétique des protons.
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Écriture d’une réaction nucléaire
Afin de mieux étudier les transformations nucléaires, il faut développer une façon de les écrire et de les modéliser. Nous allons donc réutiliser la notation utilisée précédemment pour modéliser les noyaux atomiques dans le chapitre 1.
Toutefois il faut d’abord comprendre que la modélisation correcte de ces transformations dépend de deux lois de conservation :
Conservation de la masse : Dans le cas des noyaux atomiques, ceci implique la conservation du nombre de masse A.
Conservation de la charge : Dans le cas des noyaux atomiques, ceci implique la conservation du numéro atomique Z.
successDéfinition : Ecriture d’une transformation nucléaire
Considérons les éléments chimiques , ,
Pour noter une transformation nucléaire on utiliser une flèche \longrightarrow. e.g. :
\ce{^{A}_{Z}W} \longrightarrow \ce{^{A'}_{Z'}X} + \ce{^{A''}_{Z''}Y}la conservation de masse implique : A = A' + A''
la conservation de charge implique : Z = Z' + Z''
de manière générale la somme des A avant la flèche doit égaliser la somme des A après la flèche. De même pour les numéros de charge Z.
De manière générale alors :
Une désintagration : $\ce{_W} \longrightarrow \ce{{A'}{Z'}X} + \ce{^{A''}{Z''}Y} \quad \text\quad \begin A = A' + A'' \ Z = Z' + Z'' \end$
Une fusion : $\ce{_W} + \ce{{A'}{Z'}X} \longrightarrow \ce{^{A''}{Z''}Y} \quad \text\quad \begin A + A' = A'' \ Z + Z' = Z'' \end$
Une fission : $\ce{_W} \longrightarrow \ce{{A'}{Z'}X} + \ce{^{A''}{Z''}Y} \quad \text\quad \begin A = A' + A'' \ Z = Z' + Z'' \end$
Voici un exemple de la réaction de fission qui a lieu au coeur des réacteurs nucléaires terrestres, qui est la source de leur énergie :
Voici un exemple de la réaction de fusion (thermonucléaire) qui a lieu au coeur des étoiles, qui est la source de leur énergie :
