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Physique nucléaire. |
Chapitre III: Radioactivité des noyaux. |
III.A.Modes de désintégration
Le chapitre précédent exposait les raisons qu’ont les noyaux d’être instables et d’évoluer, s’ils le peuvent, vers des états d’énergie plus basse. Il s’agit à présent de voir comment cela peut se faire concrètement. Les trois modes principaux sont, avec certaines variantes et nuances qui seront précisées, les modes dits de radioactivité alpha, bêta et gamma. Cette appellation est purement historique ; elle date de l’époque de leur découverte où on ne les comprenait pas encore en profondeur. On a gardé cette appellation, même si de nos jours on en connaît bien les mécanismes, ce qui ne fait pas problème étant donné que ces phénomènes sont de nature différente : La radioactivité alpha relève de l’interaction forte, la bêta de l’interaction faible et la gamma de l’électromagnétisme.
Puisqu’il s’agit pour un noyau de descendre en énergie, mais que dans tout phénomène physique l’énergie totale doit être conservée, il faut que la différence d’énergie entre l’état de départ et l’état final soit éliminée vers l’extérieur. C’est ainsi que lors de chaque désintégration une ou plusieurs particules seront émises, particules chargées d’emporter avec elles l’excès d’énergie. Ce sont ces particules qui feront tout l’intérêt, ou le danger, des nombreuses applications de la radioactivité.
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Physique nucléaire. |
Chapitre III: Radioactivité des noyaux. |
III.B. Temps de vie
1)Décroissance radioactive
a)Taux de désintégration
Soit une source radioactive qui contient à un moment donné t0=0 un nombre de noyaux N0 d’un isotope instable. Ces noyaux vont se désintégrer les uns après les autres selon une séquence purement aléatoire, rien ne permettant de prédire l’écart temporel entre deux événements consécutifs. Pour certains isotopes, les noyaux meurent les uns après les autres à un rythme très élevé, de sorte que le nombre de noyaux radioactifs diminue rapidement. D’autres isotopes par contre évoluent beaucoup plus lentement et voient leur activité se maintenir sur des périodes qui peuvent, pour certains, se mesurer en milliards d’années.
La quantité la plus facile à mesurer est le nombre ΔN de noyaux qui se désintègrent sur un intervalle de temps Δt, ou encore le nombre ΔN/Δt de désintégrations par seconde. Cette quantité ΔN/Δt est plutôt notée dN/dt quand on envisage des intervalles de temps dt extrêmement petits, ce qui correspond alors à la variation instantanée du nombre de noyau, ou encore mathématiquement à la dérivée de la fonction N(t). dN/dt dépend de N(t) lui-même puisque moins il y a de noyaux présents moins il y en a qui meurent par seconde, mais aussi d’une valeur λ plus fondamentale, liée à la nature de l’isotope concerné.
