Les radio-isotopes

Les nucléides d'un élément qui possède le même nombre de protons, mais pas le même nombre de neutrons, portent le nom d'isotopes de cet élément. Par exemple, l'uranium 235 et l'uranium 238 sont des isotopes de l'uranium, mais l'uranium 235 possède 92 protons et 143 neutrons alors que l'uranium 238 possède 92 protons et 146 neutrons.

L'isotope stable

De nombreux isotopes sont stables. Ils ne subissent pas de désintégration radioactive et n'émettent pas de rayonnement. D'autres isotopes sont instables. Un isotope est stable lorsqu'il y a un équilibre entre le nombre de neutrons et le nombre de protons. Lorsqu'un isotope est petit et stable, il contient pratiquement le même nombre de protons que de neutrons. Les isotopes stables plus volumineux ont légèrement plus de neutrons que de protons.

Parmi les nucléides stables figurent l'hydrogène 1 (qui a un noyau à un seul proton) et le carbone 12 (six protons et six neutrons pour une masse totale de 12).

L'isotope instable

Lorsqu'il y a un déséquilibre entre le nombre de protons et de neutrons, habituellement lorsque le rapport entre neutrons et protons est trop bas, l'isotope pourra se transformer en forme plus stable, c'est‑à‑dire en atome différent. Lorsque ce phénomène se produit, l'atome réduit sa masse en éjectant une partie de son noyau. Il s'agit d'un processus spontané qui porte le nom de désintégration radioactive.

Il existe trois grands types de désintégration radioactive :

Désintégration alpha : Lorsqu'un atome subit une désintégration alpha, il émet une particule composée de deux protons et de deux neutrons provenant directement de son noyau. Dans ce cas, le numéro atomique diminue de 2 et la masse de 4.

Désintégration bêta : La désintégration bêta se produit lorsqu'un neutron dans le noyau d'un atome instable se convertit en proton et qu'un électron est éjecté du noyau. Le numéro atomique augmente de un, mais la masse ne diminue que légèrement.

Désintégration gamma : La désintégration gamma est la libération de l'énergie excédentaire présente dans le noyau après une désintégration alpha ou bêta, ou après la capture des neutrons dans un réacteur nucléaire. L'énergie résiduelle est émise sous forme de photon de rayons gamma. La désintégration gamma n'affecte généralement pas la masse ni le numéro atomique du radio-isotope.

Radioactivité

Lorsqu'un isotope se désintègre spontanément, l'énergie excédentaire qui est émise est une forme de rayonnement ionisant. Autrement dit, la désintégration émet un rayonnement, ce qui porte le nom d'activité. L'isotope qui se transforme et émet un rayonnement porte le nom de radio-isotope.

La déintégration est exprimée en becquerels (Bq). Un becquerel correspond à une déintégration par seconde.

Période radioactive

La période radioactive est le temps nécessaire pour que l'activité d'un radio-isotope soit réduite de moitié par un processus de décroissance radioactive. Son symbole est t½. Chaque radio-isotope a une période unique qui peut varier entre une fraction de seconde et plusieurs milliards d'années.

Par exemple, la période radioactive de l'iode 131 est de huit jours, alors qu'elle est de 24 000 ans pour le plutonium 239.

Si la source originelle de la radioactivité est connue, il est possible de calculer le temps nécessaire à sa désintégration. L'inverse est également vrai. Si la période radioactive est connue, il est alors possible d'identifier le radio-isotope. La désintégration est exponentielle et pratiquement toute radioactivité disparaît après environ sept périodes.

Radio-isotopes naturels et radio-isotopes artificiels

Il existe de nombreux radio-isotopes naturels. Leur origine remonte à la formation du système solaire et résulte des interactions entre les rayons cosmiques et les molécules dans l'atmosphère. Le tritium, par exemple, résulte de l'interaction entre les rayons cosmiques et des molécules atmosphériques. Certains des radio-isotopes qui se sont formés au même moment que notre système solaire ont des périodes de plusieurs milliards d'années et continuent d'être présents dans notre environnement. L'uranium et le thorium en sont des exemples.

L'humain produit également des radio-isotopes dans les réacteurs nucléaires et dans les générateurs de radio-isotopes comme les cyclotrons. Plusieurs radio-isotopes artificiels sont utilisés en médecine nucléaire, en biochimie, par l'industrie de la fabrication et en agriculture.

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