iaea international atomic energy agency bases de physique nucléaire - 3 modes de désintégration...

IAEAInternational Atomic Energy Agency

Bases de Physique Nucléaire - 3

Modes de désintégration radioactive

et les types de rayonnement

Jour1 – Leçon 3

IAEA 2

Objectif

Comprendre les modes de désintégrations radioactives et types de rayonnement

Apprendre davantage la structure atomique

de base; alpha, bêta et émission gamma; émission de positons; les différences entre les rayons gamma et les rayons X; capture d'électron orbital; et la conversion interne

IAEA 3

Contenu

La structure atomique de base et isotopes

Désintégrations alpha et béta émission gamma

Spectre de décroissance

Différences entre les rayons gamma & rayons- x

Emission de Positons

Capture de l’électron Orbital

Conversion Interne

IAEA 4

proton neutron électron

Structure Atomique

IAEA 5

Numéro Atomique (Z)

Hydrogène 1

Carbone 6

Cobalt 27

Sélénium 34

Iridium 77

Uranium 92

IAEA

Isotopes

Un isotope d’un élément a:

Le même nombre de protons

Un nombre de neutrons différent

1H 2H 3H

IAEA

Isotopes

Le nombre de protons détermine l’élément. Les éléments du même nombre de protons mais un nombre de neutrons différents sont appelés des isotopes. Certains isotopes sont radioactifs.

IAEA 8

Décroissance radioactive

Changements spontanés dans le noyau d'un atome instable

Résultat est la formation d’un nouveau élément

Accompagné par une libération d'énergie, soit sous forme de particule ou de rayonnement électromagnétique ou les deux

L’instabilité nucléaire est liée au fait que le rapport N/P est trop élevé ou trop bas

IAEA 9

Ligne de stabilité

N > Z

IAEA 10

Désintégration Alpha

Émission d'un noyau d'hélium très énergique par le noyau d'un atome radioactif

Se produit lorsque le rapport N/P est trop faible

Résultat d’un produit de désintégration qui a un numéro atomique moins 2 que celui du père et un nombre de masse moins 4 par rapport à celui du père

Les particules alpha sont mono-énergétique

IAEA 11

Particule Alpha charge +2

Désintégration Alpha

IAEA 12

Désintégration Alpha

IAEA 13

Exemple de Désintégration Alpha

226Ra se désintègre par émission alpha

Lorsque le 226Ra se désintègre, la masse atomique décroit de 4 et le numéro atomique décroit de 2

Le numéro atomique définit l'élément, donc l'élément change du radium au radon

226Ra 222Rn + 4He28688

IAEA 14

Désintégration Bêta

Emission d’un électron par le noyau d’un atome radioactif ( n p+ + e-1 )

Ce processus se produit lorsque le rapport N/P est trop élevé (c'est à dire, un surplus de neutrons)

Les particules bêta sont émises sous forme d’un spectre d'énergies continu (contrairement à des particules alpha)

IAEA 15

ParticuleBêta chargé (-1)

Désintégration Beta

IAEA 16

Désintégration Bêta

IAEA 17

Désintégration Bêta du 99Mo

IAEA 18

Spectre Bêta

IAEA 19

Règle générale

L’énergie moyenne de bêta est le tiers de de son énergie maximale ou:

Em = Emax13

IAEA 20

Emission de Positon (Bêta+)

Elle se produit quand le rapport N/P est trop faible ( p+ n + e+ )

Emet un positon (particule bêta dont la charge est positive)

Il en résulte l’émission de 2 rayonnements gamma (plus d’info sur ça plus loin)

IAEA 21

Emission de Positon (Bêta+)

IAEA 22

Désintégration Positon

IAEA 23

Désintégration Positon

IAEA 24

Désintégration Positon

IAEA 25

Annihilation

IAEA 26

Capture d’un électron Orbital

Appelée aussi capture K

Elle se produit lorsque le rapport N/P est trop faible

C’est une forme de désintégration en compétition avec l’émission du positon

Un électron de la couche orbital est capturé par le noyau: e-1 + p+1 n

Résultat est l’émission d’une raie-x caractéristique

IAEA 27

Capture d’un électron Orbital

IAEA 28

Capture d’un électron Orbital

IAEA 29

radiationpath

-1Électron éjecté+1

atomeionisé

Ionisation

IAEA 30

Raie-x caractéristique

Production des rayons-X

électronéjecté

L’électron remplitUne vacance

IAEA 31

Spectre Electromagnétique

Rayons x et Infra-rouge

Ultra-violet Visible

Augmentation de langueur d’onde: décroissance de la fréquence et énergie

IAEA 32

Emission du rayonnement Gamma

Radiations mono-énergétiques émises par le noyau d'un atome excité qui suit une désintégration radioactive

Noyau se débarrassant de son excès d’énergie

Possède des énergies caractéristiques qui peuvent être utilisées pour identifier le radionucléide

Formes excitées de radionucléides souvent désignées comme «métastables », exemple 99mTc. Ces radionucléides sont appelés aussi “isomères”

IAEA 33

Gamma Radiation

Emission du rayonnement Gamma

IAEA 34

Emission du rayonnement Gamma

IAEA 35

Emission du photon

Differenceentre

Rays-X etRays-

Gamma

IAEA 36

Conversion interne

Processus alternatif par lequel le noyau excité d'un isotope émet des rayons gamma en se débarrassant de l'énergie d'excitation

Le noyau émet un rayonnement gamma qui interagit avec un électron orbital. Cet électron est en suite éjecté de l'atome

Les rayons X caractéristiques sont émis quand les électrons orbitaux extérieurs comblent les postes vacants laissés par les électrons de conversion

IAEA 37

Conversion interne

Ces rayons-x caractéristiques peuvent eux mêmes être absorbés par les électrons orbitaux éjectés

Ces électrons éjectés sont appelés électrons Auger et ils ont une très petite énergie cinétique

IAEA 38

Conversion interne

IAEA 39

Résumé du Mécanisme de Décroissance Radioactive

Mode dedésintégrati

on

Caractéristiquesdu Radionucléide

Père

Changement du Numéro

Atomique (Z)

Changement de la Masse

Atomique Commentaires

AlphaPauvre en Neutron

-2 -4 Alphas Monoénergetique

BetaRiche enNeutron

+1 0 Spèctre d’Energie Beta

PositronPauvre en Neutron

-1 0 Spèctre d’Energie Positon

Capture Electronique

Pauvre en Neutron

-1 0Capture-K; X-rays

caractéristique Emitise

GammaEtat d’Energy

Excité Aucun Aucun

Gammas Monoénergétique

ConversionInterne

Etat d’Energie Excité

Aucun AucunEjecte Electrons Orbitaux; x-rays caractéristiques et

électron Auger émis

IAEA 40

Résumé

Les bases de la structure atomique étaient décrites

Les isotopes ont été définis Les modes de désintégration radioactive

ont été discutés (y compris alpha, béta, gamma, émission de positon, capture de l’électron orbital, et la conversion interne)

L’ionisation a été définie La production de rays-X et la différence

entre les rayons gamma et les rayons X ont été décrites

IAEA 41

Où obtenir plus d’information

Cember, H., Johnson, T. E, Introduction to Health Physics, 4th Edition, McGraw-Hill, New York (2009)

International Atomic Energy Agency, Postgraduate Educational Course in Radiation Protection and the Safety of Radiation Sources (PGEC), Training Course Series 18, IAEA, Vienna (2002)