L’atome et les rayonnements

Toute matière est composée d’atomes. L’atome comprend:

• Un noyau composé de particules très lourdes : les protons chargés positivement, et les neutrons électriquement neutres.
• Des électrons qui gravitent autour du noyau et qui sont électriquement négatifs. Ils sont 2000 fois plus légers que les protons et les neutrons.
  L’atome est électriquement neutre : le nombre de protons est égal au nombre d’électrons.

Un atome est très petit : une goutte d’eau contient environ 300 milliards de milliards d’atomes d’oxygène et 600 milliards de milliards d’atomes d’hydrogène.

La radioactivité d’un élément décroît de façon exponentielle:

N(t) = No.exp(-l.t)

où No est le nombre initial d’atomes radioactifs, N(t) est le nombre d’atomes présents à l’instant t, et lambda (l) la constante de désintégration.
La période (t) est définie comme étant le temps au bout duquel la moitié des atomes se sont désintégrés, soit:

N(t)/No=1/2

A titre d’exemple, le graphique ci-dessous montre la décroissance du césium 134 et 137 et du plutonium 239. La période peut être déterminée graphiquement pour Cs134 et Cs137 (2 et 30 ans respectivement). Par contre, au bout de 30 ans, le Pu239, qui a une période de 24 110 ans, a conservé plus de 99,9% de son activité.

La radioactivité provient de la transformation d’atomes instables qui libèrent de l’énergie sous forme de rayonnements. On distingue 3 types de rayonnements :

• le rayonnement alpha (a) constitué de 2 protons et de 2 neutrons (un atome d’hélium en fait).
• le rayonnement bêta (b) qui correspond à l’émission d’électrons.
• le rayonnement gamma (g) qui n’est pas une particule mais une onde électromagnétique de très forte énergie (elle peut être comparée aux rayons X).

Si on devait comparer la source radioactive à un pommier portant ses fruits, il faudrait connaître :

• le nombre de pommes qui tombent de l’arbre qui correspond au nombre d’atomes désintégrés par seconde, donné par le Becquerel (Bq).
• l’énergie transférée par ces pommes à la personne qui dormait au pied de l’arbre. Elle correspond à l’énergie que cède le rayonnement à la matière qu’il traverse et elle est exprimée en Gray (Gy).
• les marques laissées par les pommes sur le dormeur. Elle correspond à la quantité de rayonnement reçu par un être vivant. Elle est fonction de l’énergie transmise et de la nature du rayonnement et elle est exprimée en Sievert (Sv).