Chimie Physique - Transformations Nucléaires

Chapitre 2: Transformations Nucléaires

Il existe deux types de réactions nucléaires:

• Réactions nucléaires spontanées: Un noyau se désintègre en émettant des particules ou rayonnements, qualifiant le noyau de radioactif.
• Réactions nucléaires provoquées: Un noyau cible réagit avec une particule projectile, produisant un nouveau noyau et potentiellement une particule émise et/ou un rayonnement.

I) Transformations Nucléaires Spontanées

La radioactivité peut être :

• Naturelle: Certains noyaux, dits radionucléides, sont naturellement instables.
• Émission α
• Émission β⁻
• Artificielle: Radionucléide créé par une réaction nucléaire préalable.
• Émission β⁺

I.1) Émissions α, β⁻ et β⁺

• Émission α: Particule émise est un noyau d'hélium (²⁴He).
• Émission β⁻: Particules émises sont un électron (₋₁⁰e⁻) et un antineutrino (ν).
• Émission β⁺: Particules émises sont un positon (₁⁰e⁺) et un neutrino (ν).

I.2) Stabilité ou Instabilité des Noyaux

• Noyaux Stables: Pour les noyaux légers, la stabilité est assurée si N ≈ Z. Pour les noyaux lourds, un ratio N/Z plus élevé est nécessaire (N > Z).
• Noyaux Instables:
• Excès de neutrons (N > Nstable): Un neutron se transforme en proton, émettant un électron (émission β⁻).
• Excès de protons (N < Nstable): Un proton se transforme en neutron, émettant un positon (émission β⁺).
• Émission α: Se produit surtout pour les noyaux très lourds avec un excès de nucléons.

I.3) Rayonnement Gamma

• L'émission γ est consécutive à la désintégration radioactive, où un radionucléide passe d'un état excité à un état stable en émettant un photon γ.

II) Transformations Nucléaires Provoquées

• Transmutation: Capture de diverses particules (e⁻, neutron, proton, particule α).
• Fusion: Réunion de deux noyaux légers en un noyau plus lourd, libérant un neutron et de l'énergie.
• Fission: Cassure d'un noyau lourd en deux noyaux plus légers sous l'impact d'un neutron, libérant une énergie considérable dans une réaction en chaîne.

III) Utilisation des Radionucléides en Santé

• Radiothérapie: Destruction des tissus cancéreux par rayonnement γ.
• Stérilisation: Utilisation du rayonnement γ pour stériliser le matériel médical.
• Traitement Local: Fixation d'un radionucléide pour traiter des cellules malades (ex: iode 131 pour l'hyperthyroïdie).
• Traceur: Imagerie d'organes, localisation de tumeurs ou inflammations (scintigraphie, tomographie).
• Dilution Isotopique: Mesure du volume sanguin par injection de sodium radioactif.
• Dosages Hormonaux: Dosage des hormones de croissance ou de l'insuline.

Il est impératif pour les médecins de connaître les conséquences et de justifier la prescription d'examens irradiants.