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Vidéo de la leçon : Radioactivité Chimie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à expliquer le concept de radioactivité.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir la radioactivité, ce que c’est, comment elle a été découverte, ainsi que les types, utilisations et effets des rayonnements. Commençons par la découverte de la radioactivité. En 1896, le scientifique Henri Becquerel étudiait les propriétés des rayons X, qui venaient d’être découverts. Il savait que les rayons X laissaient une empreinte sur le papier photographique. Il projetait d’exposer à la lumière du soleil un sel minéral fluorescent contenant de l’uranium. Il pensait que le sel absorberait l’énergie du soleil et émettrait ensuite de l’énergie sous forme de rayons X sur le papier photographique. Cela laisserait des empreintes, marques ou motifs spécifiques sur le papier photographique.

Mais le jour où il choisit de faire son expérience, le ciel était nuageux. Il rassembla alors les sels et le papier photographique dans le tiroir d’un bureau. Bien qu’il n’ait pas réalisé l’expérience comme prévu, il décida quand même de développer le papier photographique. Et à sa grande surprise, il découvrit sur le papier des impressions ou marques sans que les sels d’uranium n’aient été exposés à la lumière du soleil. Il comprit que l’uranium dans les sels émettait par lui-même une forme de rayonnement, sans avoir besoin d’absorber d’abord l’énergie du soleil. C’est ainsi que fut découverte la radioactivité, et Becquerel remporta un prix Nobel en 1903 pour cette découverte.

Plus tard, en 1898, une jeune chercheuse appelée Marie Curie était intriguée par l’étude de ce phénomène. Son mari, Pierre, abandonna même ses propres recherches pour faire des recherches sur cette découverte. Leurs travaux aboutirent à la découverte des éléments polonium et radium. Ce fut Marie qui utilisa pour la première fois le terme de radioactivité. La radioactivité est l’émission spontanée de particules ou de rayons d’énergie suite à la désintégration de noyaux atomiques instables. Tout comme Becquerel, le couple remporta aussi un prix Nobel en 1903, pour leur travail sur la radioactivité. Plus tard, en 1911, Marie gagna un autre prix Nobel pour la découverte du polonium et du radium. De nombreux scientifiques ont suivi les traces de Becquerel et des Curie et aujourd’hui, nous en savons beaucoup plus sur la décroissance radioactive.

Découvrons maintenant quelques-uns des principaux types de particules produites par décroissance radioactive. Après les découvertes de Becquerel et des Curie, un physicien appelé Ernest Rutherford a fait des études approfondies sur la décroissance radioactive. Il a démontré l’existence de différents types de rayonnements. Avec d’autres chercheurs, il a montré comment les particules émises par des matières radioactives étaient parfois déviées dans un champ magnétique ou électrique.

Il a démontré que différentes particules émises par la substance radioactive étaient déviées dans différentes directions dans le champ. Les rayons ou particules déviés vers le côté à charge négative du champ devaient avoir une charge positive. Il les a appelés rayons alpha. Ceux qui étaient déviés vers le côté à charge positive du champ devaient avoir une charge négative. Il les a appelés rayons bêta. Les rayons qui n’étaient pas déviés de la trajectoire d’origine, il les a appelés rayons gammas. Ceux-ci n’avaient pas de charge.

Par la suite, d’autres études ont montré comment les rayons alpha, bêta et gamma avaient différents pouvoirs de pénétration. Les scientifiques ont montré que les rayons alpha ont une faible capacité de pénétration. Un morceau de papier suffit à les arrêter. Ces particules sont lourdes par rapport aux particules bêta, elles sont composées de deux protons et deux neutrons, comme un noyau d’hélium. Et ces particules se déplacent lentement. Les rayons bêta ou particules bêta ont, quant à eux, un plus grand pouvoir de pénétration. Les particules bêta peuvent traverser le papier, mais elles sont arrêtées par une fine couche d’aluminium. Elles sont plus légères que les rayons alpha et sont composées de minuscules électrons de haute énergie. Les particules bêta se déplacent plus rapidement que les particules alpha. Les rayons gamma ont une très grande capacité de pénétration. Il faut plusieurs centimètres de plomb ou un mètre de béton pour en arrêter la majorité. Les rayons gamma sont composés de photons ou d’ondes. Ils se déplacent très vite, à la vitesse de la lumière.

Notez que les termes particule, rayon et rayonnement sont souvent utilisés de manière interchangeable. Techniquement, une particule alpha est une particule. Les particules bêta sont des particules, mais les rayons gamma sont des ondes. Cependant, on utilise parfois ces termes de manière interchangeable en raison de la relation entre la masse et l’énergie. Outre les rayons alpha, bêta et gamma, il existe d’autres types de rayonnements. Ceux-ci comprennent les rayons X, le rayonnement neutronique et le rayonnement protonique.

Avant d’aller plus loin, résumons à l’aide d’un tableau ce que nous avons appris jusqu’à présent. Comparons les particules en termes de type, symbole, nature et charge, masse approximative, vitesse et capacité de pénétration.

Les rayonnements alpha, bêta et gamma portent les symboles grecs 𝛼, 𝛽 et 𝛾. Les particules alpha ont deux protons et deux neutrons, comme dans un noyau d’hélium. Les particules alpha sont chargées positivement. Les particules bêta sont des électrons de haute énergie éjectés du noyau lorsqu’un neutron est transformé en proton. Elles ont une charge négative. Et les particules gamma sont des ondes ou des photons, qui n’ont pas de charge ; elles sont neutres. La masse approximative de chaque type de rayon en unités de masse atomique est d’environ quatre fois la masse d’un proton pour la particule alpha, et la masse d’une particule bêta est environ mille-huit-cents fois plus petite que celle d’un proton. Et nous mettons un tiret pour les rayons gamma puisque ce sont des ondes. Les particules alpha se déplacent relativement lentement, les particules bêta plus rapidement et les rayons gamma très rapidement, à la vitesse de la lumière.

La capacité de pénétration des particules alpha est faible. Celles-ci sont facilement arrêtées par une feuille de papier. Les particules bêta ont une capacité de pénétration moyenne, elles sont arrêtées par une mince couche d’aluminium, mais elles peuvent traverser le papier. Les rayons gamma ont une grande capacité de pénétration. Ils peuvent traverser le papier ainsi que le papier aluminium. Ils sont majoritairement arrêtés par quelques centimètres de plomb ou un mètre de béton.

Regardons de plus près comment ces rayons interagissent avec la matière lorsqu’ils la pénètrent. Les rayonnements peuvent être classés en rayonnements ionisants ou rayonnements non ionisants. Ce diagramme illustre le spectre électromagnétique avec des ondes de grande longueur d’onde à gauche, et de petite longueur d’onde à droite. Dans la région des ultraviolets, on peut diviser le spectre en deux parties. À gauche se trouvent les longueurs d’onde les plus longues, qui ne sont pas ionisantes. À droite se trouvent les longueurs d’onde les plus courtes, qui sont ionisantes. Les longueurs d’onde longues sont associées à des fréquences basses et à une faible énergie, tandis que les longueurs d’onde courtes ont des fréquences élevées et une énergie élevée. Les rayonnements ionisants sont des rayonnements avec suffisamment d’énergie pour retirer un électron d’un atome, ionisant ce dernier. Les rayonnements ionisants peuvent également casser des molécules en particules plus petites.

Quand cela se produit dans les cellules d’organismes vivants, les ions ou les fragments de molécules peuvent réagir avec les atomes, provoquant des dommages cellulaires. Les rayonnements ionisants, quant à eux, n’ont généralement pas assez d’énergie pour arracher les électrons aux atomes. Cependant, ce type de rayonnement peut tout de même endommager des tissus vivants. L’effet principal du rayonnement non ionisant est la brûlure. Une exposition quotidienne normale à un rayonnement non ionisant n’est pas considérée comme nocive. Mais les dommages cellulaires causés par les rayonnements ionisants peuvent entraîner toutes sortes de problèmes. Ceux-ci comprennent les dommages provoqués par les radicaux libres, les mutations de l’ADN et même la mort cellulaire. À part les rayons X, les rayons gamma et certains rayons UV, les rayons ionisants incluent également les particules alpha, bêta et les neutrons.

En comparant les rayons alpha, bêta et gamma, on peut observer une tendance dans leur capacité ionisante. Toutes ces particules ont le pouvoir d’ioniser des atomes et d’endommager les tissus. Mais les particules alpha ont la plus grande capacité d’ionisation, suivies par les particules bêta puis par les particules gamma. Pourquoi cette tendance ? Rappelez-vous que les particules alpha se déplacent très lentement et peuvent être arrêtées par une simple feuille de papier. Si des atomes radioactifs sont ingérés dans le corps et qu’ils émettent des particules alpha, ces particules seront facilement arrêtées par les tissus du corps où elles resteront, donnant ainsi aux particules alpha le temps de causer des dommages, alors que les rayons gamma, bien qu’ils soient très énergétiques, sont très rapides et ils traversent facilement les tissus biologiques, passant très peu de temps à interagir avec les atomes et causant ainsi moins de dommages.

Nous savons maintenant comment la radioactivité a été découverte, quels sont les trois principaux types de rayonnements et comment ils diffèrent entre eux, et lesquels sont ionisants ou non ionisants. Existe-t-il des utilisations bénéfiques des rayonnements ionisants et non ionisants ? Oui. Regardons ça. Vous connaissez probablement de nombreuses utilisations des rayonnements non ionisants, dans les communications par exemple. Plusieurs fréquences de micro-ondes ou d’ondes radio sont utilisées dans les téléphones mobiles et les radios. On peut faire cuire des aliments en utilisant l’énergie des fours à micro-ondes. La chaleur des lampes chauffantes provient des ondes infrarouges. La lumière et la chaleur proviennent des rayons de lumière visible et des rayons infrarouges du soleil. Les rayonnements ionisants ont eux aussi de nombreuses applications. En médecine, on utilise les rayons X pour l’imagerie des os du corps. Les rayons gamma ou les rayons X peuvent être utilisés pour détruire les micro-organismes afin de stériliser le matériel médical. Le rayonnement neutronique lors des réactions de fission dans les centrales nucléaires génère beaucoup d’énergie, qui est convertie en énergie électrique.

Dans l’industrie et la recherche, les traceurs radioactifs ont de nombreuses applications. Par exemple, les isotopes radioactifs peuvent être utilisés pour détecter les fracturations hydrauliques, ainsi que pour suivre l’avancée des réactions chimiques dans les laboratoires de chimie et dans les cellules d’organismes vivants en médecine. Mais les rayonnements ionisants et les rayonnements non ionisants ont encore plus d’applications que ce que nous avons abordé ici. Ceux qui utilisent les rayonnements ionisants doivent être conscients qu’ils sont potentiellement très nocifs. Il est important de suivre des mesures de sécurité strictes lors de l’utilisation de rayonnements ionisants. Les utilisateurs doivent surveiller en permanence les niveaux d’exposition aux rayonnements ionisants. Le respect de ces mesures protège la santé et la sécurité des travailleurs utilisant ce type de rayonnement.

Nous avons terminé notre apprentissage sur les rayonnements, pour ce qui est de cette vidéo. Avant de faire un résumé, jetons un coup d’œil à quelques rayonnements venant de l’espace. Les rayons cosmiques sont des particules issues principalement des éruptions et explosions solaires, ainsi que des novas et supernovas d’autres étoiles. Ces particules bombardent constamment notre planète à grande vitesse et haute énergie. Elles provoquent une variété de réactions en chaîne dans notre atmosphère. Ces réactions libèrent toutes sortes de particules et même des particules subatomiques libres. Nous sommes en grande partie protégés de ces particules grâce au champ magnétique et à l’atmosphère terrestres. Certaines de ces particules peuvent cependant endommager l’ADN, mais la plupart d’entre elles ne font que traverser notre corps.

Il est maintenant temps de résumer tout ce que nous avons appris. Nous avons vu la découverte de la radioactivité par Henri Becquerel et la façon dont Marie Curie a défini la radioactivité, comme étant l’émission spontanée de rayons pénétrants ou de particules à partir de noyaux instables. Nous avons vu que les trois principaux types de rayons radioactifs sont les rayons alpha, bêta et gamma. Nous avons appris que les particules alpha ressemblent au noyau d’un atome d’hélium. Elles se déplacent lentement, elles sont lourdes et elles ont une faible capacité de pénétration. Les particules bêta sont des électrons de haute énergie qui se déplacent plus rapidement que les particules alpha, ces particules sont plus légères et elles ont une capacité moyenne à pénétrer dans les matériaux. Et les rayons gamma ne sont pas des particules mais des photons. Ils se déplacent très vite, à la vitesse de la lumière, et ils ont une forte capacité de pénétration, sachant qu’il faut plusieurs centimètres de plomb ou un mètre de béton pour les arrêter. Enfin, nous avons examiné les différences entre les rayonnements ionisants et non ionisants, et nous avons fait le tour de quelques utilisations bénéfiques de ces types de rayonnements.

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