IAEAInternational Atomic Energy Agency

Bases de Physique Nucléaire - 3

Modes de désintégration radioactive

et les types de rayonnement

Jour1 – Leçon 3

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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

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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

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proton neutron électron

Structure Atomique

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Numéro Atomique (Z)

Hydrogène 1

Carbone 6

Cobalt 27

Sélénium 34

Iridium 77

Uranium 92

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Isotopes

Un isotope d’un élément a:

Le même nombre de protons

Un nombre de neutrons différent

1H 2H 3H

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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.

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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

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Ligne de stabilité

N > Z

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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

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Particule Alpha charge +2

Désintégration Alpha

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Désintégration Alpha

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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

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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)

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ParticuleBêta chargé (-1)

Désintégration Beta

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Désintégration Bêta

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Désintégration Bêta du 99Mo

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Spectre Bêta

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Règle générale

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

Em = Emax13

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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)

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Emission de Positon (Bêta+)

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Désintégration Positon

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Désintégration Positon

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Désintégration Positon

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Annihilation

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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

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Capture d’un électron Orbital

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Capture d’un électron Orbital

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radiationpath

-1Électron éjecté+1

atomeionisé

Ionisation

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Raie-x caractéristique

Production des rayons-X

électronéjecté

L’électron remplitUne vacance

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Spectre Electromagnétique

Rayons x et Infra-rouge

Ultra-violet Visible

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

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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”

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Gamma Radiation

Emission du rayonnement Gamma

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Emission du rayonnement Gamma

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Emission du photon

Differenceentre

Rays-X etRays-

Gamma

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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

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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

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Conversion interne

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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

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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

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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)