Sauter à un chapitre clé
- Rayonnement alpha et bêta = rayonnement de particules (causé par la rupture d'un atome)
- Rayonnement gamma = rayonnement électromagnétique (causé par le mouvement des charges électriques)
Qu'est-ce que le rayonnement alpha ?
Lerayonnement alph a est composé de noyaux d'hélium en mouvement rapide éjectés du noyau d'atomes lourds instables sous l'effet d'interactions électromagnétiques et fortes.
Les particules alpha sont composées de deux protons et de deux neutrons et ont une portée de quelques centimètres dans l'air. Le processus de production des particules alpha est appelé désintégration alpha.
Bien que ces particules puissent être absorbées par les feuilles de métal et le papier de soie, elles sont fortement ionisantes (c'est-à-dire qu'elles ont suffisamment d'énergie pour interagir avec les électrons et les détacher des atomes). Parmi les trois types de rayonnement, le rayonnement alpha est non seulement le moins pénétrant avec la portée la plus courte, mais c'est aussi la forme de rayonnement la plus ionisante.
La désintégration alpha
Lors de la désintégration alpha, le nombre de nucléons (somme du nombre de protons et de neutrons, également appelée nombre de masse) diminue de quatre, et le nombre de protons diminue de deux. Voici la forme générale de l'équation de la désintégration alpha, qui montre également comment les particules alpha sont représentées dans la notation des isotopes :
\[^{A}_{Z}X \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}Y+^{4}_{2} \alpha\].
Le nombre de nucléons = nombre de protons + neutrons (également appelé nombre de masse).
Quelques applications du rayonnement alpha
Les sources émettant des particules alpha ont de nos jours des utilisations variées en raison des propriétés uniques des particules alpha. Voici quelques exemples de ces applications :
Les particules alpha sont utilisées dans les détecteurs de fumée. L'émission de particules alpha génère un courant permanent que l'appareil mesure. L'appareil cesse de mesurer un courant lorsque les particules de fumée bloquent le flux de courant (particules alpha), ce qui déclenche l'alarme.
Les particules alpha peuvent également être utilisées dans les thermoélectriques radioisotopiques. Il s'agit de systèmes utilisant des sources radioactives à longue demi-vie pour produire de l'énergie électrique. La désintégration crée de l'énergie thermique et chauffe un matériau, produisant du courant lorsque sa température augmente.
Des recherches sont menées avec des particules alpha pour voir si des sources de rayonnement alpha peuvent être introduites à l'intérieur du corps humain et dirigées vers les tumeurs pour inhiber leur croissance.
Qu'est-ce que le rayonnement bêta ?
Lerayonnement bê ta est constitué de particules bêta, qui sont des électrons ou des positrons se déplaçant rapidement et éjectés du noyau lors des désintégrations bêta.
Les particules bêta sont relativement ionisantes par rapport aux photons gamma, mais pas autant que les particules alpha. Les particules bêta sont également moyennement pénétrantes et peuvent traverser du papier et des feuilles de métal très fines. Cependant, les particules bêta ne peuvent pas traverser quelques millimètres d'aluminium.
La désintégration bêta
Lors d'une désintégration bêta, il est possible de produire soit un électron, soit un positron. La particule émise permet de classer le rayonnement en deux types : la désintégration bêta moins(β-) et la désintégration bêta plus(β+).
1. Décroissance bêta moins
Lorsqu'un électron est émis, le processus est appelé désintégration bêta moins. Il est causé par la désintégration d'un neutron en un proton (qui reste dans le noyau), un électron et un antineutrino. Par conséquent, le nombre de protons augmente d'un, et le nombre de nucléons ne change pas.
Voici les équations de la désintégration d 'un neutron et de la désintégration bêta moins:
\[n^0 \rightarrow p^++e^- + \bar{v}\]
\[^{A}_{Z}X \rightarrow ^{A}_{Z+1}Y+e^- +\bar{v}\]
n0 est un neutron, p+ est un proton, e- est un électron, et \(\bar v\) est un antineutrino. Cette désintégration explique le changement des numéros atomiques et de masse de l'élément X, et la lettre Y indique que nous avons maintenant un élément différent car le numéro atomique a augmenté.
2. La désintégration bêta plus
Lorsqu'un positron est émis, le processus est appelé désintégration bêta plus. Il est causé par la désintégration d'un proton en un neutron (qui reste dans le noyau), un positron et un neutrino. En conséquence, le nombre de protons diminue d'une unité et le nombre de nucléons ne change pas.
Voici les équations de la désintégration d 'un proton et de la désintégration bêta plus:
\[p^+ \rightarrow n^0 +e^+ +v\]
\[^{A}_{Z}X \rightarrow ^{A}_{Z-1}Y + e^+ +v\]
n0 est un neutron, p+ est un proton, e+ est un positron et ν est un neutrino. Cette désintégration explique le changement des numéros atomiques et de masse de l'élément X, et la lettre Y indique que nous avons maintenant un élément différent car le numéro atomique a diminué.
- Un positron est également connu sous le nom d'antiélectron. C'est l'antiparticule de l'électron et il a une charge positive .
- Un neutrino est une particule extrêmement petite et légère. Il est également connu sous le nom de fermion.
- Un antineutrino est une antiparticule sans charge électrique.
Bien que l'étude des neutrinos et des antineutrinos sorte du cadre de cet article, il est important de noter que ces processus sont soumis à certaines lois de conservation.
Par exemple, dans la désintégration bêta moins, on passe d'un neutron (charge électrique nulle) à un proton (charge électrique +1) et à un électron (charge électrique -1). La somme de ces charges nous donne zéro, qui était la charge de départ. C'est une conséquence de la loi de conservation de la charge. Les neutrinos et les antineutrinos remplissent un rôle similaire avec d'autres quantités.
Nous nous intéressons aux électrons et non aux neutrinos car les électrons sont beaucoup plus lourds que les neutrinos, et leur émission a des effets importants et des propriétés particulières.
Quelques applications du rayonnement bêta
Tout comme les particules alpha, les particules bêta ont un large éventail d'applications. Leur pouvoir de pénétration modéré et leurs propriétés d'ionisation confèrent aux particules bêta un ensemble unique d'applications similaires aux rayons gamma.
Les particules bêta sont utilisées pour les scanners TEP. Il s'agit d'appareils de tomographie par émission de positons qui utilisent des traceurs radioactifs pour donner une image de la circulation sanguine et d'autres processus métaboliques. Différents traceurs sont utilisés pour observer différents processus biologiques.
Les traceurs bêta sont également utilisés pour étudier la quantité d'engrais qui atteint les différentes parties des plantes. Pour ce faire, on injecte une petite quantité de phosphore radio-isotopique dans la solution d'engrais.
Les particules bêta sont utilisées pour contrôler l'épaisseur des feuilles de métal et du papier. Le nombre de particules bêta atteignant un détecteur situé sur l'autre face dépend de l'épaisseur du produit (plus la feuille est épaisse, moins il y a de particules qui atteignent le détecteur).
Qu'est-ce que le rayonnement gamma ?
Le rayonnement gamma est une forme de rayonnement électromagnétique à haute énergie (haute fréquence/courte longueur d'onde).
Comme le rayonnement gamma est constitué de photons dépourvus de charge, il n'est pas très ionisant. Cela signifie également que les rayons gamma ne sont pas déviés par les champs magnétiques. Néanmoins, sa pénétration est beaucoup plus élevée que celle des rayonnements alpha et bêta. Cependant, un béton épais ou quelques centimètres de plomb peuvent faire obstacle aux rayons gamma.
Le rayonnement gamma ne contient pas de particules massives, mais, comme nous l'avons évoqué pour les neutrinos, son émission est soumise à certaines lois de conservation. Ces lois impliquent que même si aucune particule ayant une masse n'est émise, la composition de l'atome est vouée à changer après l'émission de photons.
Quelques applications du rayonnement gamma
Le rayonnement gamma ayant le pouvoir de pénétration le plus élevé et le pouvoir d'ionisation le plus faible, il a des applications uniques.
Les rayons gamma sont utilisés pour détecter les fuites dans les canalisations. À l'instar des scanners TEP (où des sources émettant des rayons gamma sont également utilisées), les traceurs radio-isotopiques (isotopes radioactifs ou instables qui se désintègrent) sont capables de cartographier les fuites et les zones endommagées de la tuyauterie.
Le processus de stérilisation par rayonnement gamma peut tuer les micro-organismes et constitue donc un moyen efficace de nettoyer le matériel médical.
En tant que forme de rayonnement électromagnétique, les rayons gamma peuvent être concentrés en faisceaux capables de tuer les cellules cancéreuses. Cette procédure est connue sous le nom de chirurgie au couteau gamma.
Les rayons gamma sont également utiles pour l'observation astrophysique (permettant d'observer les sources et les zones de l'espace concernant l'intensité des rayons gamma), la surveillance de l'épaisseur dans l'industrie (similaire aux rayons bêta), et la modification de l'aspect visuel des pierres précieuses.
Les rayonnements alpha, bêta et gamma sont des types de rayonnements nucléaires
Les rayonnements alpha, bêta et gamma sont des types de rayonnements nucléaires, mais comment les rayonnements nucléaires ont-ils été découverts ?
La découverte du rayonnement nucléaire
Marie Curie a étudié la radioactivité (émission de rayonnements nucléaires) peu de temps après qu'un autre scientifique célèbre, Henri Becquerel, ait découvert la radioactivité spontanée. Curie a découvert que l'uranium et le thorium étaient radioactifs grâce à l'utilisation d'un électromètre qui a révélé que l'air autour des échantillons radioactifs était devenu chargé et conducteur.
Marie Curie a également inventé le terme "radioactivité" après avoir découvert le polonium et le radium. Ses contributions en 1903 et 1911 lui ont valu deux prix Nobel. Ernest Rutherford et Paul Villard sont d'autres chercheurs influents. Rutherford est à l'origine du nom et de la découverte des rayonnements alpha et bêta, et Villard est celui qui a découvert les rayonnements gamma.
Les recherches de Rutherford sur les types de rayonnements alpha, bêta et gamma ont montré que les particules alpha sont des noyaux d'hélium en raison de leur charge spécifique.
Voir notre explication sur la diffusion de Rutherford.
Instruments de mesure et de détection des rayonnements
Il existe différentes façons d'étudier, de mesurer et d'observer les propriétés des rayonnements. Les tubes de Geiger et les chambres à nuages sont des appareils très utiles à cet égard.
Lestubes Geiger permettent de déterminer le degré de pénétration des types de rayonnement et le degré d'absorption des matériaux non radioactifs. Pour ce faire, il suffit de placer divers matériaux de différentes largeurs entre une source radioactive et un compteur Geiger. Les tubes de Geiger-Müller sont les détecteurs utilisés dans les compteurs Geiger - le dispositif habituel utilisé dans les zones radioactives et les centrales nucléaires pour déterminer l'intensité du rayonnement.
Leschambres à nuages sont des dispositifs remplis d'air froid et sursaturé qui permettent de suivre les trajectoires des particules alpha et bêta provenant d'une source radioactive. Les traces résultent de l'interaction du rayonnement ionisant avec le matériau de la chambre à nuages, qui laisse une traînée d'ionisation. Les particules bêta laissent des traînées désordonnées et tourbillonnantes, tandis que les particules alpha laissent des traînées relativement linéaires et ordonnées.
Différences entre les rayonnements alpha, bêta et gamma
T'es-tu déjà demandé quelle était la différence entre les rayonnements alpha, bêta et gamma ? Et où et comment nous utilisons chaque type de rayonnement dans la vie de tous les jours ? Découvre-le !
| Tableau 1. Différences entre les rayonnements alpha, bêta et gamma. | ||||
|---|---|---|---|---|
| Type de rayonnement | Charge | Masse | Pouvoir de pénétration | Niveau de danger |
| Alpha | Positif (+2) | 4 unités de masse atomique | Faible | Élevé |
| Bêta | Négatif (-1) | Presque sans masse | Modéré | Modéré |
| Gamma | Neutre | Sans masse | Élevée | Faible |
Lerayonnement alpha est constitué de particules composées de deux protons et de deux neutrons, ce qui lui confère une charge de +2 et une masse de 4 unités de masse atomique. Il a un faible pouvoir de pénétration, ce qui signifie qu'il peut être facilement arrêté par une feuille de papier ou la couche externe de la peau. Cependant, les particules alpha sont fortement ionisantes, ce qui signifie qu'elles peuvent causer des dommages importants aux tissus vivants si elles sont ingérées ou inhalées.
Lerayonnement bêta est constitué d'électrons ou de positrons, ce qui lui confère une charge de -1 et une masse quasi inexistante. Les particules bêta ont un pouvoir de pénétration modéré, ce qui signifie qu'elles peuvent être arrêtées par quelques millimètres d'aluminium ou de plastique. Le rayonnement bêta est également modérément ionisant, ce qui signifie qu'il peut endommager les tissus vivants s'il n'est pas correctement protégé.
Lerayonnement gamma est constitué de photons à haute énergie, qui n'ont ni charge ni masse. Les rayons gamma ont un pouvoir de pénétration élevé, ce qui signifie qu'ils peuvent traverser de nombreux matériaux, y compris les murs épais et les métaux denses. Les rayons gamma ne sont pas très ionisants, ce qui signifie qu'ils sont moins susceptibles de causer des dommages directs aux tissus vivants. Cependant, il peut causer des dommages indirects en ionisant les molécules d'eau dans le corps et en créant des radicaux libres nocifs.
En résumé, les rayonnements alpha, bêta et gamma ont des propriétés différentes qui les rendent utiles pour des applications différentes. Cependant, ces trois types de rayonnements peuvent être dangereux pour la santé humaine s'ils ne sont pas correctement contrôlés et protégés.
Effets des rayonnements alpha, bêta et gamma
Les rayonnements peuvent rompre les liaisons chimiques, ce qui peut entraîner la destruction de l'ADN. Les sources et les matériaux radioactifs ont fourni un large éventail d'utilisations mais peuvent être très dommageables s'ils sont mal manipulés. Cependant, il existe des types de rayonnements moins intenses et moins dangereux auxquels nous sommes exposés tous les jours et qui ne causent aucun dommage à court terme.
Sources naturelles de rayonnement
Les rayonnements se produisent tous les jours, et il existe de nombreuses sources naturelles de rayonnements, comme la lumière du soleil et les rayons cosmiques, qui proviennent de l'extérieur du système solaire et impactent l'atmosphère terrestre en pénétrant dans certaines de ses couches (ou dans toutes). Nous pouvons également trouver d'autres sources naturelles de rayonnement dans les roches et le sol.
Quels sont les effets de l'exposition aux radiations ?
Les rayonnements de particules ont la capacité d'endommager les cellules en détériorant l'ADN, en brisant les liaisons chimiques et en modifiant le fonctionnement des cellules. Cela a un impact sur la façon dont les cellules se répliquent et sur leurs caractéristiques lorsqu'elles se répliquent. Il peut également induire la croissance de tumeurs. En revanche, le rayonnement gamma a une énergie plus élevée et est constitué de photons, qui peuvent produire des brûlures.
Rayonnements alpha, bêta et gamma - Principaux enseignements
- Les rayonnements alpha et bêta sont des formes de rayonnement produites par des particules.
- Les photons constituent le rayonnement gamma, qui est une forme de rayonnement électromagnétique.
- Les rayonnements alpha, bêta et gamma ont des capacités de pénétration et d'ionisation différentes.
- Le rayonnement nucléaire a différentes applications, allant des applications médicales aux processus de fabrication.
- Marie Curie, scientifique polonaise et double lauréate du prix Nobel, a étudié les rayonnements après que Becquerel a découvert le phénomène spontané. D'autres scientifiques ont contribué aux découvertes dans ce domaine.
- Les radiations nucléaires peuvent être dangereuses selon leur type et leur intensité car elles peuvent interférer avec les processus du corps humain.
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