par Marcel Besnier

Depuis la nuit des temps la radioactivité est omniprésente, elle inquiète et fascine, on la trouve même dans les rejets des supernovae.

Commençons par faire un tour du phénomène : Il a été découvert par le physicien français Henri Becquerel, en 1896, qui constata que l’uranium impressionnait une plaque photographique bien qu’il soit séparé de celle ci par du papier noir. Il remarqua également que ce rayonnement inconnu est capable de décharger un électroscope prouvant ainsi qu’il possède une charge électrique. Dés 1898 Pierre et Marie Curie montrèrent que ce phénomène est lié aux atomes et c’est Marie Curie qui proposa le nom de’’ radioactivité’’. Elle remarqua que ce rayonnement ionisait l’air et se servit de cette particularité pour découvrir d’autres éléments radioactifs : le polonium, le radium … En 1899, l’Anglais E. Rutherford caractérisa trois sortes d’émission radioactive en soumettant le rayonnement à un champ électrique :

1) l’émission BETA composée d’électrons et donc déviée vers le pôle positif ;

2) l’émission ALPHA formée d’un noyau d’hélium (2 protons et 2 neutrons), donc positif et déviée vers le pole négatif dans une moindre mesure car beaucoup plus massif ;

3) des rayons GAMMA, sans charge, ne subissant aucune déviation. 

Les particules alpha et bêta sont émises avec des vitesses vertigineuses mais sont très vite stoppées par la matière, notamment par l’air qu’elles ionisent. Les particules alpha ne parcourent q’une dizaine de centimètres dans l’air et quelques centièmes de millimètres dans l’aluminium, les particules bêta sont 100 fois plus pénètrantes. Les rayons gamma peuvent traverser plusieurs centimètres de plomb et détruirent toute vie sur leur passage.

Que se passe t-il donc au cœur de la matière ?

La quasi-totalité de la masse des atomes réside dans le noyau constitué de protons, positifs, et de neutrons. Ces particules sont maintenues serrées les unes contre les autres grâce à la force nucléaire qui compense la répulsion électrique des protons entre eux. S’il y a trop de protons, la force nucléaire n’est plus assez forte pour assurer la cohésion de l’ensemble, même avec un surplus de neutrons. Le noyau se désintègre donc soit en émettant une particule alpha, donc en perdant 2 charges positives, soit par fission spontanée c’est à dire en se scindant en deux noyaux plus légers, ce qui génère une importante émission gamma. La fission spontanée n’est possible que pour les noyaux très lourds comme celui de l’uranium et uniquement dans les réacteurs nucléaires ou les bombes atomiques où l’on bombarde les noyaux d’uranium avec des neutrons. On libère ainsi la force nucléaire forte, responsable de la cohésion des noyaux atomiques, ce qui dégage une énergie considérable.

Certains éléments de la vie de tous les jours possèdent ce qu’on appelle un ‘’isotope radioactif’’. Dans le cas du carbone c’est le fameux carbone 14. Il est formé dans la haute atmosphère par les rayons cosmiques. Ces derniers bombardent les noyaux d’atomes d’azote pour les transmuter en noyaux de carbone’’ lourds’’ avec donc 14 particules au lieu des 12 habituelles. Cet isotope n’est pas stable, au fil du temps il décroit en azote grâce à la radioactivité bêta, ce qui en fait un bon moyen pour dater les fossiles. En effet les plantes et animaux morts n’absorbent plus le carbone 14 de l’air, la quantité de cet isotope instable diminue donc petit à petit au fil du temps après la mort de l’intéressé. Or nous connaissons le rapport carbone 14 sur carbone 12 chez les êtres vivants, il suffit donc de mesurer ce rapport dans les fossiles pour connaître leur age.

Nous venons de parler de décroissance, c’est ce qui caractérise un élément radioactif. Par exemple, l’uranium livré à lui-même va décroître en plomb après une dizaine d’émissions spontanées de particules alpha et bêta. On définit également la période d’un élément radioactif qui est le temps pendant lequel la moitié des atomes, d’un groupe donné, se sera désintégré en un autre élément. Pour le carbone 14 elle est de 5700 ans ( tous les 5700 ans la population de carbone 14 diminue de moitié).

Et dans les supernovae ?

Le 23 février 1987 survint une supernova dans le grand nuage de Magellan, ce fut la première visible à l’œil nu depuis 4 siècles. On avait à faire à une supernova de type II ( SNII ), c’est à dire à l’explosion d’une étoile massive ( les supernovae de type I sont des explosions thermonucléaires d’une naine blanche qui se désintègre complètement ). Cet évènement à donc permit de valider la théorie sur la radioactivité des supernovae, en vigueur depuis les années 1960, qui suggère une chaîne de désintégrations radioactives qui aboutit au fer : le nickel radioactif se désintègre en cobalt radioactif qui se désintègre en fer. Les réactions s’arrêtent là car le fer est l’élément le plus stable de l’univers ce qui explique le « pic du fer » dans la courbe de l’abondance des différents éléments. Que se passe t-il exactement dans le cœur des atomes ?

Le nickel possède 28 protons dans son noyau, il va décroître c’est à dire qu’un de ses protons va se transmuter en neutron plus d’autres petites choses. Désormais nous avons donc à faire à un noyau de cobalt avec 27 protons. A son tour le cobalt va décroître pour donner un noyau de fer avec 26 protons. Voilà le tour est joué… !