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Vidéo de la leçon : Radioactivité Sciences

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire le rayonnement produit par les noyaux atomiques qui se désintègrent.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire le rayonnement produit par les noyaux atomiques qui se désintègrent. Considérons d’abord un seul atome. Les atomes sont constitués de trois types de particules : les protons chargés positivement, les électrons chargés négativement et les neutrons qui ne sont pas chargés. Les protons et les neutrons sont regroupés au centre de l’atome qui est appelé le noyau. Comme nous le verrons dans la suite, c’est le noyau qui est responsable du caractère radioactif ou non de l’atome. Les particules du noyau sont maintenues ensemble par un ensemble de forces. Il existe des forces attractives et des forces répulsives. Ces deux types de forces sont nécessaires pour que le noyau soit équilibré et stable. Voyons maintenant un exemple rapide.

Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement les forces s’exerçant sur les particules du noyau d’un atome ? (A) Il n’existe aucune force s’exerçant sur les particules. (B) Il n’existe que des forces attractives s’exerçant sur les particules. (C) Il n’existe que des forces répulsives s’exerçant sur les particules. (D) Il existe des forces attractives et répulsives s’exerçant sur les particules.

Le noyau d’un atome est composé de protons et de neutrons. Ces particules sont maintenues ensemble par des forces. S’il n’existait aucune force s’exerçant sur ces particules, avec le temps, elles s’éloigneraient les unes des autres. Mais ce n’est pas ce qui se passe. Les particules restent groupées au sein du noyau. Regardons l’affirmation suivante : s’il n’y avait que des forces attractives s’exerçant sur le noyau, les particules qu’il contient seraient écrasées les unes contre les autres. Et il n’y aurait aucune résistance. Avec le temps, tout le noyau pourrait s’effondrer en un seul point. Mais nous savons que ce n’est pas le cas.

Un noyau est composé de protons et de neutrons distincts. Ces particules résistent aux forces attractives. Cela signifie qu’il doit exister des forces répulsives s’exerçant sur les particules. Mais que se passe-t-il s’il n’y avait que des forces répulsives ? Alors, il n’y aurait aucune force permettant la cohésion du noyau. Les particules du noyau s’éparpilleraient dans toutes les directions. Encore une fois, ce n’est pas le cas. L’affirmation (C) n’est donc pas la bonne réponse. La dernière affirmation suggère qu’il existe des forces attractives et des forces répulsives s’exerçant sur les particules, c’est-à-dire à la fois des forces qui attirent et repoussent les particules entre elles. Les forces globales au niveau du noyau s’équilibrent. Il existe à la fois des forces attractives et répulsives s’exerçant sur les particules d’un noyau.

Quand nous avons plus d’un noyau, nous utilisons le mot noyaux. Ici, nous avons deux noyaux. Et nous remarquons qu’ils sont différents. Le premier noyau a un, deux, trois protons et autant de neutrons. Le deuxième noyau a un, deux, trois, quatre protons et aussi quatre neutrons. Le nombre de protons dans le noyau d’un atome permet de le définir. Les différents types d’atomes sont appelés des éléments. Puisque ce noyau possède un nombre de protons différent de ce noyau, nous pouvons dire que ces noyaux appartiennent à des atomes d’éléments différents.

Considérons maintenant un troisième noyau. Si nous comptons les protons, nous avons un, deux, trois, quatre protons. Le noyau de droite doit donc appartenir à un atome du même élément que le noyau du milieu. Mais, que voyons-nous ici ? Si nous comptons le nombre de neutrons dans le noyau de droite, nous avons un, deux, trois, quatre, cinq neutrons. Ce noyau contient un nombre de neutrons différent de celui-ci. Nous avons dit que le nombre de protons dans le noyau détermine l’élément de l’atome. Le nombre de neutrons permet de définir ce qu’on appelle un isotope de cet élément. Des noyaux d’atomes du même élément qui ont un nombre de neutrons différent sont différents isotopes du même élément. Maintenant que nous avons vu ces notions, considérons de nouveau un seul noyau atomique.

Nous avons vu que le nombre de protons et de neutrons dans le noyau permettent de déterminer l’élément de cet atome, ainsi que l’isotope de cet élément. Quand un noyau est stable, lorsque toutes les forces s’exerçant sur ce noyau s’équilibrent, alors le nombre de protons et de neutrons dans le noyau ne change pas. Des exemples d’éléments très stables sont l’étain, le fer ou l’oxygène. Si les forces s’exerçant sur les particules d’un noyau ne s’équilibrent pas, ce noyau est alors instable. Un noyau instable est un noyau dans lequel le nombre de protons et de neutrons peut changer. L’uranium et le plutonium sont par exemple des éléments instables. Un noyau instable peut se désintégrer. Lorsque cela se produit, le noyau émet ce qu’on appelle un rayonnement.

Ce phénomène par lequel un noyau émet un rayonnement est appelé désintégration radioactive. Tout élément pouvant subir une désintégration radioactive est appelé radioactif. Imaginons que nous ayons un noyau instable. Si ce noyau subit une désintégration radioactive, il peut libérer une particule. Mais voici quelque chose d’intéressant. Il n’y a aucun moyen de prédire exactement quand cela va se produire. Même si nous savons qu’un noyau est instable et qu’il peut se désintégrer à un moment donné, il est impossible de prévoir quand cette désintégration va se produire. La désintégration radioactive est ce qu’on appelle un phénomène spontané. Nous ne savons pas quand cela va se produire, mais nous savons que cela va se produire. Voyons maintenant quelques exemples.

Quel est le type d’atome obtenu après désintégration radioactive, si le noyau atomique ne perd que des neutrons ? (A) un atome d’un élément différent de celui auquel il appartenait avant la désintégration (B) un atome d’un isotope différent du même élément auquel il appartenait avant la désintégration

Ici, il est question d’un noyau qui subit une désintégration radioactive et qui ne perd que des neutrons. Les noyaux atomiques sont constitués de deux types de particules, les protons et les neutrons. Le nombre de protons dans un noyau nous indique à quel élément appartient l’atome. Le nombre de neutrons nous indique à quel isotope de l’élément appartient cet atome. Donc, une désintégration radioactive où seuls des neutrons sont perdus n’a pas d’impact sur l’élément auquel appartient le noyau. Ce qui est modifié, c’est l’isotope de l’élément auquel ce noyau appartenait avant la désintégration. Il faut choisir la réponse (B).

Regardons un autre exemple.

Laquelle des affirmations suivantes concernant la prédiction de la désintégration radioactive d’un noyau atomique instable est correcte ? (A) On peut prédire le moment où un noyau atomique instable va se désintégrer. (B) On ne peut pas prédire le moment où un noyau atomique instable va se désintégrer.

Nous voyons que la seule différence entre les deux réponses est de savoir s’il est possible ou non de prédire le moment de la désintégration nucléaire. Lorsque le noyau d’un atome subit une désintégration radioactive, il émet ou dégage des particules ou de l’énergie. Ce phénomène est décrit comme spontané. Parce que nous ne pouvons pas dire exactement quand il va se produire. En général, la désintégration radioactive est un phénomène spontané. Le moment exact où un noyau instable va se désintégrer ne peut pas être prédit.

Voyons maintenant quelques détails sur ce qui se passe lorsqu’un noyau se désintègre. Lorsqu’un noyau est instable, il peut subir une désintégration radioactive. Lorsque cela se produit, le noyau émet un rayonnement. Le premier type de rayonnement possible est appelé rayonnement alpha. Ce symbole ici est la lettre grecque 𝛼. Le deuxième type est appelé rayonnement bêta. Ici nous avons la lettre grecque 𝛽. Enfin, il existe un troisième type de rayonnement, le rayonnement gamma. Les rayonnements alpha et bêta sont tous deux constitués de particules. Le rayonnement gamma est différent. Il est composé d’ondes électromagnétiques. Voyons maintenant un dernier exemple.

Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement la composition du rayonnement émis par un noyau atomique instable qui se désintègre ? (A) Le rayonnement émis par un noyau atomique instable qui se désintègre comprend des particules et des ondes électromagnétiques. (B) Le rayonnement émis par un noyau atomique instable qui se désintègre est constitué uniquement de particules. (C) Le rayonnement émis par un noyau atomique instable qui se désintègre est constitué uniquement d’ondes électromagnétiques.

Il est question ici du rayonnement émis par un noyau qui se désintègre. Considérons les trois types de rayonnement qui peuvent être émis par un noyau qui se désintègre. Tout d’abord, il y a ce qu’on appelle le rayonnement alpha. Le rayonnement alpha est constitué d’une particule. Ensuite, il y a le rayonnement bêta. Le rayonnement bêta correspond également à l’émission d’une particule par le noyau. Et enfin, il y a le rayonnement gamma. Contrairement aux rayonnements alpha et bêta, le rayonnement gamma est constitué d’ondes électromagnétiques. Après avoir passé en revue les trois types de rayonnements, nous voyons qu’ils sont constitués de particules ainsi que d’ondes électromagnétiques. Il faut donc choisir la réponse (A), le rayonnement émis par un noyau atomique instable qui se désintègre comprend des particules et des ondes électromagnétiques.

On peut se demander ce qui est à l’origine du caractère stable ou instable d’un noyau. C’est en fait directement lié au rapport entre le nombre de neutrons et le nombre de protons dans le noyau. Lorsque le noyau est petit et que le nombre de protons et de neutrons est le même, le noyau a tendance à être stable plutôt qu’instable. Mais si le nombre de neutrons d’un isotope est élevé par rapport au nombre de protons, il y a de fortes chances pour que tous les noyaux de cet isotope soient instables, et soient donc susceptibles de se désintégrer.

Nous allons terminer cette leçon en résumant quelques points clés. Dans cette vidéo, nous avons vu qu’un noyau atomique est constitué de protons et de neutrons qui sont maintenus ensemble par des forces. Le nombre de protons indique à quel élément appartient l’atome. Le nombre de neutrons indique à quel isotope de l’élément appartient l’atome. Les noyaux peuvent être stables ou instables. Les noyaux instables se désintègrent spontanément par un phénomène appelé désintégration radioactive. La désintégration radioactive provoque l’émission de rayonnements. Il existe trois types de rayonnements : les rayonnements alpha, bêta et gamma. Enfin, le caractère stable ou instable d’un noyau est lié au rapport entre le nombre de protons et le nombre de neutrons de l’atome. En général, plus le nombre de neutrons est élevé par rapport au nombre de protons, plus il y a de chance que cet isotope soit instable. Voilà un résumé du cours sur la radioactivité.

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