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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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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
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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
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IAEA 4
proton neutron électron
Structure Atomique
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IAEA 5
Numéro Atomique (Z)
Hydrogène 1
Carbone 6
Cobalt 27
Sélénium 34
Iridium 77
Uranium 92
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IAEA
Isotopes
Un isotope d’un élément a:
Le même nombre de protons
Un nombre de neutrons différent
1H 2H 3H
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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.
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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
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IAEA 9
Ligne de stabilité
N > Z
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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
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IAEA 11
Particule Alpha charge +2
Désintégration Alpha
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IAEA 12
Désintégration Alpha
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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
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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)
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IAEA 15
ParticuleBêta chargé (-1)
Désintégration Beta
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IAEA 16
Désintégration Bêta
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IAEA 17
Désintégration Bêta du 99Mo
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IAEA 18
Spectre Bêta
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IAEA 19
Règle générale
L’énergie moyenne de bêta est le tiers de de son énergie maximale ou:
Em = Emax13
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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)
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IAEA 21
Emission de Positon (Bêta+)
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IAEA 22
Désintégration Positon
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IAEA 23
Désintégration Positon
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IAEA 24
Désintégration Positon
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IAEA 25
Annihilation
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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
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IAEA 27
Capture d’un électron Orbital
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IAEA 28
Capture d’un électron Orbital
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IAEA 29
radiationpath
-1Électron éjecté+1
atomeionisé
Ionisation
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IAEA 30
Raie-x caractéristique
Production des rayons-X
électronéjecté
L’électron remplitUne vacance
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IAEA 31
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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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”
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IAEA 33
Gamma Radiation
Emission du rayonnement Gamma
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IAEA 34
Emission du rayonnement Gamma
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IAEA 35
Emission du photon
Differenceentre
Rays-X etRays-
Gamma
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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
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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
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IAEA 38
Conversion interne
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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
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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
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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)