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Depuis la nuit des temps la radioactivité est omniprésente, elle inquiète et fascine, on la trouve même dans les rejets des supernovae. |
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Commençons par faire un tour du phénomène : Il a été découvert par le physicien français Henri Becquerel, en 1896, qui constata que luranium impressionnait une plaque photographique bien quil soit séparé de celle ci par du papier noir. Il remarqua également que ce rayonnement inconnu est capable de décharger un électroscope prouvant ainsi quil possède une charge électrique. |
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Henri Becquerel (1852 1908) |
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Dés 1898 Pierre et Marie Curie montrèrent que ce
phénomène est lié aux atomes et cest Marie Curie qui proposa le nom
de radioactivité. Elle remarqua que ce rayonnement ionisait
lair et se servit de cette particularité pour découvrir dautres éléments
radioactifs : le polonium, le radium
En 1899, lAnglais E.
Rutherford caractérisa trois sortes démission radioactive en soumettant le
rayonnement à un champ électrique :
1) lémission
BETA composée délectrons et donc déviée vers le pôle positif ;
2) lémission
ALPHA formée dun noyau dhélium (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 lair quelles ionisent. Les particules alpha ne
parcourent qune dizaine de centimètres dans lair et quelques centièmes de
millimètres dans laluminium, les particules bêta sont 100 fois plus pénétrants.
Les rayons gamma peuvent traverser plusieurs centimètres de plomb et détruirent toute
vie sur leur passage.
Que se passe t-il
donc au cur 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. Sil y
a trop de protons, la force nucléaire nest plus assez forte pour assurer la
cohésion de lensemble, 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 cest à dire en se scindant en deux noyaux plus légers, ce qui
génère une importante émission gamma. La fission spontanée nest possible que
pour les noyaux très lourds comme celui de luranium et uniquement dans les
réacteurs nucléaires ou les bombes atomiques où lon bombarde les noyaux
duranium 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 quon appelle un isotope
radioactif. Dans le cas du carbone cest le fameux carbone 14. Il est
formé dans la haute atmosphère par les rayons cosmiques. Ces derniers bombardent les
noyaux datomes dazote pour les transmuter en noyaux de carbone
lourds avec donc 14 particules au lieu des 12 habituelles. Cet isotope
nest pas stable, au fil du temps il décroît 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 nabsorbent plus le carbone 14 de lair, la quantité de cet
isotope instable diminue donc petit à petit au fil du temps après la mort de
lintéressé. 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, cest ce qui caractérise un élément radioactif. Par
exemple, luranium livré à lui-même va décroître en plomb après une dizaine
démissions spontanées de particules alpha et bêta. On définit également la
période dun élément radioactif qui est le temps pendant lequel la moitié des
atomes, dun 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 lil nu depuis 4 siècles. On avait à faire à une supernova de type II ( SNII ), cest à dire à lexplosion dune étoile massive ( les supernovae de type I sont des explosions thermonucléaires dune 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 sarrêtent là car le fer est lélément le plus stable de lunivers ce qui explique le « pic du fer » dans la courbe de labondance des différents éléments. Que se passe t-il exactement dans le cur des atomes ? Le nickel possède 28 protons dans son noyau, il va décroître cest à dire quun de ses protons va se transmuter en neutron plus dautres 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 ! Dés le mois de mai 1987 la luminosité de la SN a commencé à décroître dun facteur 2 toutes les 11 semaines, ce qui est exactement la période de décroissance du cobalt radioactif. Voici donc un formidable exemple de vérification dune théorie par lobservation. La masse du cobalt à même était calculé : 0,07 masse solaire. |
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