La radioactivité, découverte en 1896 par Henri Becquerel, est de type alpha (α), bêta moins (β⁻), bêta plus (β⁺) ou gamma (γ). Une désintégration radioactive est modélisée par une équation de réaction nucléaire respectant deux lois de conservation.

I) Désintégration radioactive

La radioactivité est une transformation nucléaire qui résulte de la désintégration spontanée d’un noyau instable $X_{Z_{1}}^{A_{1}}$ (dit noyau père) engendrant un noyau fils $Y_{Z_{2}}^{A_{2}}$ et l’émission d’une particule $Q_{Z_{3}}^{A_{3}}$ .

L’équation modélisant une désintégration radioactive s’écrit :

$X_{Z_{1}}^{A_{1}} \to Y_{Z_{2}}^{A_{2}} + Q_{Z_{3}}^{A_{3}}$

La loi de conservation du nombre de nucléons et la loi de conservation du nombre de charges s’écrivent respectivement :

A₁ = A₂ + A₃ et Z₁ = Z₂ + Z₃

II) Les différents types de radioactivité

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À noter
L’électron est symbolisé par $e_{- 1}^{0}$ car ce n’est pas un nucléon (A = 0) ; il porte une charge élémentaire négative −e. Le positon (ou anti-électron) est symbolisé par $e_{1}^{0}$ ; il porte une charge élémentaire positive +e.

La radioactivité γ accompagne généralement les radioactivités α, β⁻ou β⁺. Si le noyau fils résultant d’une désintégration radioactive est dans un état énergétique excité noté $Y_{Z}^{A} *$ , il revient à son état normal et libère de l’énergie sous forme d’un photon γ, rayonnement électromagnétique de très haute fréquence.

Méthode

Écrire et utiliser une équation de désintégration radioactive

a. Le phosphore 30 est radioactif β⁺. Identifier le noyau fils résultant de cette désintégration.

b. Le noyau fils résultant de la désintégration radioactive du polonium 214 est le plomb 210. Ce noyau fils est lui-même instable et il se désintègre en bismuth 210. Identifier le type de chaque radioactivité mise en jeu.

Données :

Conseils
Écrivez les équations de désintégration et appliquez les lois de conservation pour identifier soit le noyau fils, soit la particule émise.

Solution

a. Le noyau de phosphore 30 (Z = 15 et A = 30) a pour symbole $P_{15}^{30}$ . C’est un radio-isotope β⁺, donc sa désintégration s’accompagne de l’émission d’un positon $e_{1}^{0}$ . En notant $Y_{Z}^{A}$ le noyau fils, l’équation de désintégration s’écrit :

$P_{15}^{30} \to Y_{Z}^{A} + e_{1}^{0}$

Les lois de conservation du nombre de nucléons et du nombre de charges donnent :

b. • Le polonium 214 ( $P_{84}^{214} o$ ) se désintègre en plomb 210 ( $P_{82}^{210} b$ ) en émettant une particule $Q_{Z}^{A}$ : $P_{84}^{214} o \to P_{82}^{210} b + Q_{Z}^{A}$

D’après les lois de conservation :

Le plomb 210 ( $P_{82}^{210} b$ ) se désintègre en bismuth 210 ( $B_{83}^{210} i$ ) en émettant une particule ${Q′}_{Z^{'}}^{A^{'}}$ : $P_{82}^{210} b \to B_{83}^{210} i + {Q′}_{Z^{'}}^{A^{'}}$

Les lois de conservation donnent A′ = 0 et Z′ = −1. La particule émise est donc un électron : $e_{- 1}^{0}$ .

Le plomb 210 est donc un radio-isotope β⁻.

Radioactivité

I) Désintégration radioactive

II) Les différents types de radioactivité

Méthode

Écrire et utiliser une équation de désintégration radioactive

Solution