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Vidéo de la leçon : Applications de la radioactivité Sciences

Dans cette vidéo, nous allons apprendre quelles sont les applications de la radioactivité.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir les applications de la radioactivité. Bien que les matières radioactives soient souvent dangereuses, nous allons voir qu’elles ont aussi de nombreuses applications utiles. La radioactivité peut être utilisée dans les domaines de l’agriculture, de la médecine, de la production d’électricité, de l’industrie et même de l’exploration spatiale. Avant de s’intéresser plus en détail à ces applications, commençons par rappeler ce qu’est la radioactivité.

Voici un atome. Il est composé d’un noyau, c’est cette partie ici, entourée d’un certain nombre d’électrons. Alors, dans certains atomes, le noyau est instable, et quand un noyau est instable, il peut parfois se transformer spontanément pour prendre une forme plus stable. Ce processus de transformation spontanée s’appelle la décroissance nucléaire et lorsqu’un noyau subit une décroissance nucléaire, il peut émettre des particules et des ondes, appelées rayonnement nucléaire. Le rayonnement nucléaire est donc émis par des noyaux atomiques instables lorsqu’ils subissent une décroissance nucléaire.

Si un matériau contient des noyaux instables, on dit que ce matériau est radioactif. Le rayonnement émis par les matières radioactives transfère l’énergie provenant des noyaux vers le milieu environnant, et c’est cette énergie qui rend le rayonnement nucléaire très utile. L’application la plus évidente de la radioactivité est peut-être les centrales nucléaires. Les centrales nucléaires utilisent comme combustible des barres de matières hautement radioactives, comme l’uranium. Comme il s’agit de matières très radioactives, elles transfèrent beaucoup d’énergie au milieu environnant en peu de temps. Dans les centrales nucléaires, l’énergie dégagée par le combustible radioactif est utilisée pour chauffer de l’eau. L’eau se met à bouillir et se transforme en vapeur. Cette vapeur peut ensuite être utilisée pour faire tourner une turbine et ce mouvement permet de produire de l’électricité.

Tout au long de ce processus, l’énergie nucléaire présente dans le combustible est convertie en énergie thermique et finalement en énergie électrique. Il est important de noter que les centrales nucléaires produisent des déchets radioactifs. Avec le temps, la vitesse avec laquelle le combustible nucléaire dégage de l’énergie diminue. Et après un certain temps, il ne dégage plus assez d’énergie pour pouvoir produire de l’électricité. À ce stade-là, on dit que le combustible nucléaire est appauvri et il est alors considéré comme un déchet nucléaire. Et une fois que cet état est atteint, il doit être évacué.

La radioactivité est utilisée pour produire de l’électricité, mais elle a également des applications en médecine, par exemple en imagerie médicale. Des substances radioactives spécifiques, appelées traceurs, peuvent permettre de créer des images de qui se passe à l’intérieur du corps. Lorsqu’un traceur est injecté dans le corps, il est naturellement absorbé par certaines régions du corps, et cela de manière spécifique à la région en question. On utilise ensuite un équipement spécial pour surveiller le rayonnement émis par le traceur absorbé par une région du corps en particulier. Et cela permet de reconstruire une image détaillée de la région en question.

La radioactivité peut également être utilisée pour le traitement des cancers. Le rayonnement nucléaire peut endommager les cellules. Donc si des rayonnements sont envoyés de manière très concentrée et très précise sur des zones spécifiques du corps, il est possible de détruire les cellules cancéreuses sans trop endommager les cellules saines. Ce type de traitement s’appelle la radiothérapie.

Nous allons ensuite parler des applications dans le domaine de l’agriculture. L’agriculture comprend la culture de plantes et l’élevage de bétail à des fins alimentaires ou autres. Les insectes posent de gros problèmes dans le domaine de l’agriculture. Ils peuvent endommager les récoltes mais aussi transmettre des maladies au bétail, pondre des œufs dans des stocks de céréales et de manière générale, causer un certain nombre de problèmes aux agriculteurs. Mais il est possible d’utiliser les rayonnements pour tuer ou stériliser les insectes, contrôler leur nombre et protéger les récoltes et le bétail.

La radioactivité peut également être utilisée pour modifier les propriétés des cultures. Cela se fait en exposant les graines cultivées à un rayonnement nucléaire. Et cela peut entraîner des modifications de l’ADN à l’intérieur des graines. Ces changements sont appelés des mutations et ils peuvent changer la façon dont une graine pousse, parfois de manière utile. Lorsque des mutations intéressantes se produisent, les agriculteurs peuvent faire pousser les graines ayant subi les mutations et elles transmettront leurs propriétés à la génération de cultures suivantes.

La radioactivité a également de nombreuses applications dans l’industrie. Par exemple, elle peut être utilisée pour détecter des défauts de fabrication dans des pièces comme cette porte de voiture. Cela se fait en plaçant une source radioactive d’un côté de la pièce et un capteur sensible aux rayonnements de l’autre côté. Le rayonnement nucléaire qui traverse la pièce est détecté par le capteur, ce qui permet de créer des images de l’intérieur de la pièce Cela permet d’identifier des défauts de soudage et d’autres défauts qui peuvent survenir lors de la fabrication. Certains processus industriels nécessitent des températures très élevées pour produire des matériaux ou des pièces et comme le rayonnement convertit l’énergie nucléaire en énergie thermique, on peut dans certains cas utiliser des matériaux radioactifs pour générer ces températures élevées.

Une autre application de la radioactivité est l’exploitation minière. Les gisements de pétrole et de gaz souterrains sont souvent exploités afin d’être utilisés comme carburant. Il est parfois difficile de repérer ces gisements. Mais la radioactivité fournit un moyen de faciliter cette localisation. Les roches souterraines qui contiennent des gisements de pétrole et de gaz contiennent également des éléments radioactifs. Il est donc possible d’utiliser des capteurs pour détecter le rayonnement émis par ces roches et repérer les gisements de pétrole et de gaz.

La dernière application de la radioactivité dont nous allons parler concerne les engins spatiaux. On peut utiliser des matières radioactives pour produire de l’électricité dans des engins spatiaux comme par exemple dans les sondes spatiales pilotées à distance. Ce type d’engins spatiaux utilise des batteries nucléaires. Les batteries nucléaires contiennent des matières radioactives. Le rayonnement nucléaire dégagé par le matériau convertit l’énergie des noyaux atomiques en énergie thermique, qui est ensuite utilisée pour produire de l’électricité. Donc, en termes de conversion d’énergie, les batteries nucléaires ont un principe similaire aux centrales nucléaires.

Cependant, les batteries nucléaires utilisent un mécanisme très différent pour produire de l’électricité. L’eau n’est pas transformée en vapeur comme dans une centrale nucléaire et elles ne contiennent pas non plus de pièces mobiles. Les batteries nucléaires sont beaucoup moins puissantes que les centrales nucléaires, mais elles fournissent tout de même beaucoup plus d’énergie que les batteries classiques et elles sont aussi plus fiables . Alors, maintenant que nous avons vu les principales applications de la radioactivité, passons à la pratique et regardons quelques questions.

Laquelle des propositions suivantes décrit correctement comment l’émission de rayonnements nucléaires dus à la décomposition de noyaux atomiques peut être utilisée dans la production d’électricité ? (A) L’énergie des particules et des ondes émises sous forme de rayonnement nucléaire peut être convertie en énergie thermique. Ou (B), on peut fabriquer des batteries qui convertissent l’énergie chimique du rayonnement nucléaire émis en énergie électrique.

Commençons par rappeler que les noyaux atomiques instables peuvent parfois subir des transformations spontanées. Ce processus est appelé décroissance nucléaire. Et lorsque les noyaux atomiques se désintègrent, ils émettent des particules et des ondes qui constituent le rayonnement nucléaire. Les matériaux qui contiennent des noyaux instables sont des matériaux radioactifs. Et la production d’électricité est l’une des principales applications de l’utilisation de matières radioactives. Cette question nous suggère deux façons dont les matières radioactives pourraient être utilisées pour produire de l’électricité.

Alors, il existe deux manières principales de produire de l’électricité à partir de matières radioactives. La première est d’utiliser des centrales nucléaires. Dans les centrales nucléaires, l’énergie du rayonnement nucléaire émis par les matières radioactives est utilisée pour faire bouillir de l’eau. Ce processus permet de convertir l’énergie nucléaire présente dans les noyaux des atomes en énergie thermique, qui est transférée dans l’eau. Cela fait bouillir l’eau et la transforme en vapeur. La vapeur peut ensuite être utilisée pour faire tourner des turbines et produire de l’électricité.

L’autre manière d’utiliser la radioactivité pour produire de l’électricité est d’utiliser des batteries nucléaires. Les batteries nucléaires contiennent de petites quantités de matières radioactives. Et le rayonnement émis par ce matériau permet de convertir l’énergie nucléaire en énergie thermique, qui est ensuite utilisée pour produire de l’électricité. Les batteries nucléaires sont différentes des centrales nucléaires car elles n’utilisent pas d’eau et n’ont pas de pièces mobiles. Mais les batteries nucléaires et les centrales nucléaires utilisent la conversion d’énergie nucléaire en énergie thermique grâce au rayonnement nucléaire. La proposition (A) est donc correcte. Dans le fonctionnement des centrales nucléaires et des batteries nucléaires, l’énergie des particules et des ondes émises par rayonnement nucléaire est convertie en énergie thermique, qui est ensuite utilisée pour produire de l’électricité.

Mais à quoi correspond la proposition (B) ? Après tout, nous savons que les batteries nucléaires utilisent des rayonnements pour produire de l’électricité. Il n’y a en fait qu’un seul mot incorrect dans cette proposition : chimique. La proposition (B) suggère qu’il est possible de fabriquer des batteries qui convertissent l’énergie chimique du rayonnement nucléaire en énergie électrique, mais ce n’est pas correct car le rayonnement nucléaire ne possède pas d’énergie chimique. Nous savons donc que la proposition (B) ne convient pas. Et la bonne réponse est donc la proposition (A).

Maintenant que nous avons répondu à cette question, regardons en une autre.

Parmi les propositions suivantes, lesquelles sont des applications industrielles actuelles du rayonnement nucléaire ? (A) produire des températures élevées, (B) renforcer les matériaux, (C) détecter des défauts dans des pièces, (D) former de très petits éléments à partir de blocs de matière première.

Le rayonnement nucléaire émis par les matières radioactives a de nombreuses applications industrielles. Il s’agit d’applications dans lesquelles le rayonnement est utilisé pour concevoir ou fabriquer des pièces et des matériaux. Passons maintenant les différentes propositions en revue.

La première proposition suggère que le rayonnement est utilisé pour la production de températures élevées. Rappelons que le rayonnement nucléaire transfère de l’énergie depuis les noyaux atomiques des matières radioactives vers le milieu environnant On constate généralement que cette énergie est transférée dans le milieu environnant sous forme d’énergie thermique. Autrement dit, le rayonnement nucléaire permet d’élever la température. Dans les processus industriels nécessitant des températures élevées, les matières radioactives sont parfois un bon moyen de générer des températures élevées. La proposition (A) est donc une utilisation industrielle actuelle du rayonnement nucléaire.

La proposition (B) suggère que le rayonnement peut être utilisé pour renforcer les matériaux. Alors, le rayonnement nucléaire contient une énergie, ce qui signifie qu’il peut modifier la structure des matériaux. Mais, en général, on constate que le rayonnement nucléaire endommage ou affaiblit les matériaux. Il n’est pas utilisé pour renforcer les matériaux. La proposition (C) suggère que le rayonnement peut aider à détecter des défauts dans des pièces Certains types de rayonnements peuvent traverser les matériaux. Donc en envoyant un rayonnement sur un côté des pièces et en utilisant des capteurs pour détecter les rayonnements sortant de l’autre côté des pièces, on peut créer des images permettant de détecter les défauts internes des pièces, qui seraient invisibles sinon. La proposition (C) est donc une autre utilisation industrielle actuelle du rayonnement.

La proposition (D) suggère que le rayonnement peut être utilisé pour former de très petits éléments à partir de blocs de matière première. Alors, comme nous l’avons dit, le rayonnement nucléaire peut parfois changer la structure des matériaux. Mais cela ne se fait pas vraiment de manière contrôlée. Et former de très petits éléments à partir de blocs de matière première n’est pas une application industrielle actuelle du rayonnement nucléaire.

Maintenant que nous avons répondu à cette question, résumons les points clés que nous avons abordés dans cette vidéo. Premièrement, nous avons vu que les matières radioactives contiennent des noyaux atomiques instables qui émettent des ondes et des particules qui constituent le rayonnement nucléaire. Ce rayonnement a de nombreuses applications, dont notamment la production d’électricité dans les centrales nucléaires, des applications médicales comme le diagnostic et le traitement de maladies, des applications agricoles comme la destruction d’insectes et la création de mutations utiles pour les cultures, des applications industrielles comme la recherche de défauts dans des pièces et la production de températures élevées, des utilisations dans l’exploration minière, comme la localisation de gisements de pétrole et de gaz, et enfin la production d’électricité dans des engins spatiaux à l’aide de batteries nucléaires.

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