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Remarque disambigua.svg homonymie - Si vous êtes à la recherche d'autres types de désintégration, voir pourriture.

la radioactivité, ou désintégration radioactive, Il est un ensemble de processus Physique nucléaire à travers lequel certains les noyaux atomiques instable ou radioactif (radionucléides) Decay (transmué) Dans un certain laps de temps audit temps de décroissance, les noyaux en moins d'énergie pour atteindre un état de stabilité supérieure à l'émission de rayonnements ionisants selon principes de conservation de la masse / énergie et élan. Le processus se poursuit plus ou moins rapidement au fil du temps jusqu'à ce que les articles peu à peu les produits, qui peuvent à leur tour dans radioactifs, ne parviennent pas à un état stable par la soi-disant chaîne de désintégration.

Histoire radioactivité

La découverte de Rayons X Il est venu Wilhelm Conrad Röntgen en en 1895. en 1896 Antoine Henri Becquerel, au cours d'une étude des relations entre phosphorescence et Rayons X, Il découvre la radioactivité naturelle des 'uranium. en 1898 Maria Skłodowska (Mieux connue sous le nom de Marie Curie) et Pierre Curie Ils ont découvert la radioactivité polonium et radio.

Les expériences ont consisté à exposer Becquerel à la lumière d'une substance phosphorescente disposée sur une enveloppe de papier opaque, dans lequel il y avait une plaque photographique est destiné à révéler l'émission non-lumière de la substance. Le choix est tombé sur le sulfate d'uranium qui a développé un phosphorescence très vivant. Les expériences ont montré que la plaque photographique a été impressionné après un éclairage adéquat, ce qui confirme l'hypothèse de Becquerel. Bientôt, cependant, Becquerel a observé un phénomène tout à fait nouveau et inattendu: il a constaté que la feuille a été impressionné dans l'obscurité. Becquerel spéculé que la substance continuerait à émettre un rayonnement provenant de l'éclairage, même après la fin de l'exposition à la lumière du soleil. Après des expériences répétées avec différents matériaux, il est vérifié que le rayonnement ne dépendait de la caractéristique de la phosphorescence de la substance, mais l'uranium.

Cette découverte a ouvert une nouvelle ligne de recherche visant à déterminer la présence d'autres éléments dans la nature qui ont présenté les mêmes propriétés d'uranium et en particulier la nature de ce qui a été publié.

Ce fut Marie Curie qui a commencé à mesurer l'uranium au moyen du rayonnement piézo-électricité, découvert par le mari Pierre en collaboration avec son frère Jacques, en faisant ioniser l'air entre deux électrodes et provoquant le passage d'un petit courant dont l'intensité mesurée par rapport à la pression sur un cristal nécessaire pour produire un tel courant à l'équilibre le premier. Ce système a fonctionné et son mari Pierre a quitté son emploi pour soutenir sa femme dans ces recherches. Fu Marie de proposer la radioactivité à long terme pour indiquer la capacité de produire un rayonnement d'uranium et a démontré la présence d'une telle radioactivité, même dans un autre élément: thorium. Avec son mari Pierre, tester la teneur en uranium du pechblende afin d'affiner cet élément, il a noté que certains échantillons étaient plus radioactifs que cela aurait été si elle est faite d'uranium pur et cela impliquait que dans la pechblende étaient présents dans les petits éléments de quantités qui ne sont pas détectées par l'analyse chimique normale et que leur radioactivité était très élevé .

L'étape suivante a consisté à passer par des tonnes de pechblende (les mines Joachimstal Tchécoslovaquie) Que d'une quantité similaire dont ont été entassés dans une cabine qui a été installé dans un atelier et, en 1898, isolé une petite quantité de poudre noire ayant une radioactivité d'environ 400 fois uranium. Dans cette poudre, il a été contenait un nouvel élément ayant des caractéristiques similaires à tellure (Sous lequel a ensuite été placé dans le tableau périodique) qui a été appelé polonium en l'honneur de Pologne, Marie pays d'origine. Cette découverte a été annoncée par son ami Gabriel Lippmann avec une note 'Académie des Sciences de Paris. Le travail supplémentaire entraînant au motif que ce dernier élément, le polonium, ne pouvait justifier les niveaux élevés de radioactivité détectés, a conduit, à nouveau en 1898, la découverte d'un élément de polonium encore plus radioactif, qui a des propriétés similaires à baryum et dont il a été séparé par cristallisation fractionnée, ce qui a été appelé radio pour sa radioactivité intense. Bien que cette découverte a fait l'objet d'une note écrite en collaboration avec Gustave Bémont qui avait travaillé avec les curies. Le compte rendu de ce travail est devenu en 1903 la thèse de doctorat de Marie Sklodowska Curie.

description

stabilité

chaque atome Il se compose d'un noyau contenant protons, neutrons et un certain nombre de électrons en orbite autour d'elle, équivalente à celle de protons. Étant donné que toutes les charges des protons ont tendance à repousser positivement à cause de force de Coulomb et, s'il n'y avait pas d'autres forces pour les maintenir ensemble, les noyaux ne seraient pas stables. Pour la place des noyaux atomiques stables est la soi-disant force nucléaire forte.

Lorsque les forces à l'intérieur du noyau, cependant, ne sont pas parfaitement équilibrée (à savoir le noyau est instable) ce qui tend à atteindre spontanément un état stable par l'émission d'une ou plusieurs particules.

Un grand nombre de isotopes existant dans la nature sont stables, bien que certains isotopes naturels et la plupart des isotopes artificiels sont instables. Cette instabilité provoque une transformation spontanée dans d'autres isotopes qui est accompagnée de l'émission de particules atomiques. Ces isotopes sont appelés isotopes radioactifs, des radionucléides ou des radio-isotopes. La désintégration (ou la désintégration radioactive) est la transformation d'un atome radioactif se désintègre en un autre atome, qui peut également être radioactif ou stable.

plus isotopes possible est théoriquement instable, seule une bande étroite de rapports Z / A (numéro atomique sur nombre de masse, à savoir le nombre de protons de la somme de neutrons et protons) Est assez stable. En particulier, pour les faibles nombres atomiques (jusqu'à environ Z = 20) sont des isotopes stables qui ont un Z / un rapport d'environ ½ (c.-à avoir le même nombre de protons et de neutrons); pour les atomes lourds, le nombre de neutrons doit dépasser légèrement le nombre de protons. Z> 82 n'a pas d'isotopes stables.

mécanisme

Par le passé (au cours des études de Ernest Rutherford) désintégrations nucléaires ont été regroupées en trois catégories principales:

  • la désintégration alpha
  • désintégration bêta
  • gamme de désintégration

Cette classification initiale, à la suite d'une enquête plus approfondie sur le phénomène, ont rejoint l'émission de neutrons, protons de la question et fission spontanée. Alors que le la désintégration alpha et désintégration bêta changer le nombre de protons dans le noyau et donc le nombre d'électrons qui orbite (changeant ainsi la nature chimique de l'atome lui-même), la gamme de désintégration Il se produit entre les états excités du même noyau et implique que la perte d'énergie.

Temps de déclin

Le moment exact où un atome instable se désintègre en un plus stable est considéré comme aléatoire et imprévisible. Qu'est-ce que vous pouvez faire, vous avez un échantillon d'un particulier isotope, Il est à noter que le nombre de désintégrations respecte une loi statistique précise. Le nombre de désintégrations que vous attendez de se produire dans une gamme dt Il est proportionnel au nombre N des atomes présents. Cette loi peut être décrit par la équation différentielle du premier ordre (où λ est la constante de décroissance):

avec solution (Où est le le nombre d'Euler):

ce qui représente une décroissance exponentielle. Il convient de noter que ce n'est une solution approchée, d'une part parce qu'elle est une fonction continue, alors que l'événement physique réel prend des valeurs discrètes, car il décrit un processus aléatoire, seul vrai statistiquement. Cependant, comme dans la plupart des cas N est extrêmement grande, la fonction fournit une excellente approximation.

En plus de la désintégration radioactive constante de désintégration λ il est caractérisé par un autre appel constant vie. chaque atome vie pendant un temps précis avant de se désintégrer et la durée de vie moyenne représente précisément la moyenne arithmétique sur des durées de vie de tous les atomes de la même espèce. la vie Il est représenté par le symbole τ, lié à X par:

.

Un autre paramètre beaucoup utilisé pour décrire une désintégration radioactive est donnée par demi-vie ou demi-vie t½. Étant donné un échantillon d'un particulier radionucléide, la demi-vie nous indique combien de temps sera perdu un nombre d'atomes égal à la moitié du total et est liée à la durée de vie moyenne du rapport:

.

Ces relations nous permettent de voir que la plupart des substances radioactives naturelles sont devenus pourris, et ne sont donc pas dans la nature, mais ne peuvent être produits artificiellement. Pour avoir une idée des ordres de grandeur, on peut dire que la durée de vie moyenne des différents radionucléides peut varier de 109 jusqu'à 10 ans-6 secondes.

Tous les éléments obtenus pour la désintégration ultérieure est une famille radioactive. Dans la nature, il y a trois principaux isotopes radioactifs: la famille d'uranium, celle de 'actinium et celle du thorium.

Les sources de rayonnement

La radioactivité présente dans l'environnement peut être de nature à la fois artificielle et naturelle: la principale contribution à la dose absorbée annuellement par chaque individu, il découle de la radioactivité naturelle, qui est responsable d'environ 80% de la dose totale. De ce fait, environ 30% est due à potassium (isotope 40K, produit par irradiation de potassium naturel par les rayons cosmiques qui parviennent à atteindre le sol): 15% à gaz radon Il se dégageait du sous-sol, 15% en matériaux de construction et 13% (au niveau de la mer) de rayonnement cosmique. Plus en altitude, plus le rayonnement cosmique augmente, car elle amincit la couche d'air qui absorbe le plus: à 5500 mètres d'altitude, la dose annuelle absorbée augmente à environ deux fois plus au niveau de la mer.

Le potassium 40 est responsable de la quasi-totalité de la radioactivité naturelle présente à l'intérieur du corps humain.

Les sources artificielles (ou technologies) sont principalement liés à l'utilisation de radio-isotopes en médecine à des fins diagnostiques (scintigraphie) Ou thérapeutique (curiethérapie, cobaltoterapia, la thérapie par l'iode radioactif)

Il existe trois formes distinctes de radioactivité classées par mode de désintégration: sont les les rayons alpha, la rayons bêta et les rayons gamma. A ces trois formes sont ajoutés des neutrons libres résultant de la fission spontanée d'éléments plus lourds. Chacun de ces types a des propriétés de radioactivité et d'autres dangers. Le tableau énumère les formes de radioactivité, les particules impliquées, la distance parcourue, la capacité de provoquer la fission et transmutation.

Type d'émission particule Distance parcourue dans l'air Il provoque la transmutation provoque la fission
les rayons alpha 42il environ 6-7 cm oui oui
rayons bêta électrons (β-) Et positons (β+) environ 5-7 mètres aucun aucun
les rayons gamma photons provenant du noyau (ondes électromagnétiques) statistiques, à quelques kilomètres aucun aucun
Rayons X photons provenant des orbitales électroniques (en particulier K): ondes électromagnétiques statistiques, à quelques kilomètres aucun aucun
gratuit neutrons neutrons statistiques, de 30 à 300 m oui oui

Les alpha et des rayons bêta sont composés de particules chargées électriquement, de sorte interagissent presque immédiatement avec le matériau environnant, et sont absorbés presque tous à une certaine distance: les rayons gamma et des neutrons à la place, électriquement neutre, ne sont absorbés par impact direct contre un atome ou un noyau atomique, et parcourir des distances beaucoup plus grandes. De plus, il y a une distance limite pour leur absorption, mais sont absorbés de façon exponentielle: par exemple, en augmentant le chemin emprunté par le faisceau, « survit » une fraction plus petite et plus petite (pour l'impossibilité pratique actuelle de mesurer, mais toujours estimé non nul ) des particules d'origine.

rayonnement secondaire

Quand une particule radioactive est absorbée, il transfère son énergie vers le noyau ou un atome qui a capturé, excitant: l'atome de capteur puis réémet cette énergie sous la forme d'un nouveau rayonnement (rayons gamma ou de rayons X) ou d'autres particules (rayons bêta ou neutrons thermiques) de moins d'énergie que ceux absorbés; De plus, l'impact des particules chargées de haute énergie provoque l'émission de rayons X (pour bremsstrahlung, de Bremsstrahlung) un rayonnement dans le matériau d'absorption. Dans la conception de protection contre les radiations, il est toujours nécessaire de considérer les types de particules, vous devez vous arrêter et ce que vous aurez des émissions secondaires.

Blindage antiradiation

La masse est concentrée dans un espace donné plus susceptible d'avoir lieu compte tenu de l'absorption d'un électron libre dans cet espace: c'est pourquoi vous utilisez normalement un revêtement de conduire, très épais et absorbant, pour protéger des objets, des conteneurs et toute autre chose par la radioactivité. Le plomb a également l'avantage d'être l'élément final de la désintégration de l'uranium et de sa famille, donc très stable et peu nucléaires soumises à transmuter, dans le temps « humain », dans d'autres éléments.

Arrêter complètement les émissions de rayons alpha et bêta est très simple et ne prend que quelques millimètres en toute matière solide ou quelques dizaines de centimètres d'air; un blindage efficace contre les photons de rayons X et gamma constituants doit être un matériau plus épais, et très dense tel que l'acier ou du plomb. Plus complexe au lieu d'un blindage de rayonnement de neutrons, étant donné que ces particules pénètrent et très profondes: les neutrons, en fonction de leur énergie et de la matière, peuvent réagir avec les noyaux de différentes manières et de concevoir un écran efficace en utilisant des boucliers multicouches; la partie intérieure est construite avec des matériaux lourds (par exemple, fer), Tandis que la partie extérieure avec des matériaux légers.

Effets radioactivité

L'effet des radiations nucléaires sur le matériel non-vie est principalement due à deux causes: ionisation et donc la rupture des liaisons chimiques et la transmutation de certains noyaux dans d'autres éléments.

Effets sur les matériaux

Transmutation nécessite un choix judicieux d'acier et d'autres alliages métalliques conçus pour fonctionner dans des environnements radioactifs, car l'accumulation radioactive modifie sa composition chimique et physique et peut leur faire perdre les caractéristiques nécessaires de résistance mécanique, la stabilité et la durabilité , la chimie et la physique; aussi le béton va rencontrer les mêmes inconvénients, mais moins marquée. En outre, les noyaux sont en partie également transmutées radioactive; Par conséquent, le matériau, si elles sont exposées à un rayonnement sur une base permanente, avec le passage du temps accumule à l'intérieur des isotopes instables et devient de plus en plus radioactifs. C'est la principale raison pour laquelle centrales nucléaires Ils ont une limite de durée de vie fixe (quelques décennies), après quoi ils doivent être démantelés.

En outre, la radioactivité est en mesure de rendre inutilisable un circuit électronique basé sur semi-conducteurs, transmuter les atomes de silicium et modifiant les concentrations faibles d'éléments dopants à partir de laquelle ces composants électroniques tirent leur capacité.

effets biologiques

L'effet biologique est due principalement au lieu des propriétés ionisantes: rupture de la liaison entre molécules, endommagent les cellules de rayonnement en générant les radicaux libres. Mais surtout affecter de grandes macromolécules ADN et dell 'ARN, causant des altérations génétiques somatiques et; cet effet est produit principalement par la rayons de gamma, plus énergique et particules pénétrant alpha et bêta. De plus, ils modifient les fonctions et les contributions des oligo-éléments dans le métabolisme organique.

Le moment où les cellules sont plus vulnérables par rapport à un rayonnement, est de jouer (mitose ou méiose), Où ADN est dans le processus de duplication, les structures de base sont dissous et les enzymes qui assurent l'intégrité du matériel génétique ne peuvent pas fonctionner. L'effet le plus visible macroscopique de la radioactivité sur les cellules, est donc ralentir la vitesse de lecture: les populations de cellules qui se reproduisent très rapidement sont plus vulnérables que ceux qui le font lentement. En vertu de ce fait, les organes les plus sensibles aux rayonnements sont les moelle osseuse hématopoïétique et système lymphatique.

Au niveau de l'ensemble de l'organisme à la place, à la fois chez les humains et les animaux est connu plus d'un vieillissement prématuré de l'organisme corrélée à la dose totale de rayonnement absorbée, à la fois avec des doses fortes instantanés que l'exposition prolongée à de faibles niveaux de radioactivité.

La moelle osseuse et le sang

Il est le tissu le plus touché corps humain. La première conséquence de l'irradiation est la diminution de globules blancs le sang (leucopénie), Suivi par la réduction de plaquettes, que les causes saignement et, si le dommage est très grave, de celle de globules rouges (anémie). Si le dommage est extermine pas complètement la cellules souches Ce tissu hématopoïétique récupère plus rapidement après l'irradiation.

système lymphatique

en système lymphatique la principale conséquence du rayonnement est l'infection de les ganglions lymphatiques et rate entraînant la mort de lymphocytes présent.

système digestif

L 'l'intestin grêle est la partie de la tractus gastro-intestinal radiosensibles, tandis que 'œsophage et estomac Ils sont moins. Avec de légers dommages, les cellules de la muqueuse intestinale commencent à se reproduire de manière discontinue et à sécréter plus de mucus, qui, avec les cellules mortes peuvent donner lieu à occlusions. Augmentation de la dose apparaissant ulcérations que, pour le nombre réduit de globules blancs, sont facilement infectés.

Organes génitaux

Les dommages peuvent être soit somatiques (stérilité, permanent ou non) qui est génétique. Les femelles sont plus sensibles que les hommes. Les dommages génétiques se compose de mutations qui peuvent être transmis aux générations suivantes.

système nerveux

Le système nerveux central est parmi les moins radiosensibles les tissus, tandis que la colonne vertébrale et les nerfs périphériques sont plus. Avec de fortes doses absorbées peuvent avoir un ischémie, en raison des dommages subis par les capillaires du cerveau.

Système de la thyroïde et le système endocrinien

la thyroïde, la glande pituitaire, la surrénal et d'autres glandes Ils ne sont pas particulièrement radiosensibles. Pour des raisons métaboliques, cependant, les concentrés thyroïde en elle-même la quasi-totalité de l'iode dans le corps; étant l'isotope radioactif 131Le, cet organe très commun peut absorber des doses massives de radioactivité si vous respirez l'air ou que vous ingérez des aliments contaminés.

œil

la rétine est pas très radiosensibles, mais le cristalline, composé de cellules mortes de la peau et qui ne peut donc pas réparer lui-même, perd rapidement sa transparence avec l'augmentation de la dose absorbée, le développement d'un cataracte.

poumons

la poumon, venir en contact avec l'air extérieur, est directement heurté par des particules radioactives inhalées par la respiration qui sont déposés dans ses alvéoles, car cela est certainement nécessaire de porter des masques à gaz pendant le fonctionnement dans les zones contaminées par des substances, de la poussière, des vapeurs ou des gaz radioactifs . La principale source de contamination pulmonaire est la radon, que étant un gaz radioactif, il peut facilement être inhalée et déposée (ou ses produits de désintégration) dans les poumons.

Le foie, les reins, le coeur et le système circulatoire

Ils sont tous très petits organes radiosensibles. Le foie et la vésicule biliaire Ils peuvent recevoir des dommages en cas de contamination par des isotopes radioactifs particuliers, tels que le 'or; mais en général, il y a un dommage que des doses très élevées de rayonnement.

Peau et cheveux

La peau a une vulnérabilité particulière parce que, sinon protégé, reçoit les trois types de rayonnement (alpha, bêta et gamma). Les dégâts que vous recevez est plus élevé, moins le rayonnement pénètre: est peu endommagé par les rayons gamma et beaucoup plus du rayonnement alpha et bêta. Pour les faibles niveaux de rayonnement développe une érythème; si les augmentations d'irradiation peuvent former un néoplasie épithélium. La capacité à réparer les dommages subis est encore très élevé.

La croissance des cheveux s'arrête complètement; ceux qui étaient présents à l'automne une quantité plus ou moins en fonction de la dose absorbée. Après quelques semaines, ils commencent à se développer, parfois avec des caractéristiques différentes de celles qu'ils avaient avant.

musculo-squelettique

Les muscles et le squelette en général, sont moins complexes tissus endommagés par le rayonnement; mais certains des isotopes strontium ou plutonium se concentrer juste la moelle osseuse, dans ce cas, les dommages peuvent être graves et peut conduire à une leucémie ou d'autres tumeurs malignes.

Notez que toutes les espèces animales et végétales ont la même sensibilité aux rayonnements: par exemple, cafards Ils peuvent supporter sans graves dommages de radioactivité nettement supérieurs à ceux mortels pour les humains, et bactérie, la Deinococcus radiodurans, survit doses de radiation 1000 fois supérieure à la dose létale pour l'homme

Effets chez l'homme

radioactivité
Symbole indiquant la présence d'radioazioni
radioactivité
Symbole indiquant risque d'irradiation. Il remplace le symbole jaune classique que dans certaines situations.
icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: syndrome d'irradiation aiguë.

Les effets des rayonnements ionisants sont divisés en « effets déterministes » et « Effets » (Stochastic 60 ICRP Commission internationale de protection radiologique), selon qu'ils sont liés directement ou indirectement à la dose absorbée. En raison de la susceptibilité au cancer du sein, les femmes étaient 40% plus susceptibles d'accuser les effets stochastiques que les hommes.

effets déterministes

  • Ils sont directement attribuables à un rayonnement (il existe une relation de cause à effet);
  • Ils dérivent de l'inactivation des structures vitales de la cellule;
  • Ils apparaissent immédiatement après l'irradiation;
  • Ils se produisent seulement si l'absorption est supérieure à une dose précise dite « dose de seuil »,
  • Leur gravité augmente avec la dose absorbée (donc aussi appelés « effets graduées »).

Les effets déterministes sont une éruption cutanée, dermatite particulière (radiodermite en fait), la cataracte, l'anémie et leucopénie. Dans les cas graves, ils ont des saignements des muqueuses et le tractus intestinal, perte et cheveux cheveux. Si la dose absorbée était pas d'effets déterministes mortels disparaissent en quelques semaines, à la survie et de guérison plus ou moins complète.

effets stochastiques

  • Ne pas dépendre de la dose absorbée;
  • Ils dérivent de dommages au noyau cellulaire et en particulier à l'ADN;
  • Ne se produira pas immédiatement; Ils peuvent se produire ou moins, dans un avenir non précisé;

Après irradiation, l'ADN peut être endommagé dans une réversible ou irréversible; dans le cas où la structure de l'ADN n'a pas été réparé (ou réparé de façon incorrecte) la cellule donnerait lieu à une descendance de cellules génétiquement modifiées qui, après une certaine période de latence pouvant donner lieu à des maladies telles que des tumeurs ou des leucémies. par conséquent, augmente la probabilité que le patient, tôt ou tard, être affectée par certains types de tumeur.

Utilisations en médecine

Les particules bêta sont utilisées pour PET, ou la tomographie par émission de positons (un autre terme avec lequel ils sont indiqués β des particules+).
Les rayons X sont utilisés pour les rayons X en utilisant les propriétés de ce rayonnement de pénétrer dans les tissus d'une manière différente d'une densité plus ou moins grande.

Mesure de la Radioactivité

La radioactivité est mesurée par l'activité de l'isotope qui le génère. L'activité est mesurée en:

  • Becquerel
  • Rutherford
  • curie

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