Physique nucléaire
Transformations Nucléaires
Étude expérimentale de la radioactivité : mesure de l'activité, détermination de la période radioactive et applications des lois de décroissance.
Introduction
Les transformations nucléaires modifient la composition du noyau atomique. L'ECE permet de mesurer l'activité d'une source radioactive à l'aide d'un compteur Geiger-Müller, de vérifier la loi de décroissance exponentielle et de déterminer la période radioactive t₁/₂. La radioprotection et les précautions de manipulation sont essentielles.
Contenu détaillé
1. Types de désintégration
- •Décroissance α : émission d'un noyau d'hélium ⁴₂He (Z diminue de 2, A de 4)
- •Décroissance β⁻ : émission d'un électron (un neutron → proton + e⁻ + antineutrino)
- •Décroissance β⁺ : émission d'un positon (un proton → neutron + e⁺ + neutrino)
- •Désexcitation γ : émission d'un photon de haute énergie (le noyau ne change pas)
2. Loi de décroissance radioactive
- •N(t) = N₀·e^(-λt) où λ est la constante radioactive (s⁻¹)
- •Période radioactive : t₁/₂ = ln(2)/λ ≈ 0,693/λ
- •Activité : A(t) = λ·N(t) = A₀·e^(-λt) en becquerels (Bq)
- •À chaque période, l'activité et le nombre de noyaux sont divisés par 2
3. Protocole expérimental type
- •Mesurer le taux de comptage d'une source avec un compteur Geiger-Müller
- •Soustraire le bruit de fond (mesure sans source)
- •Tracer ln(A) = f(t) : une droite de pente -λ confirme la décroissance exponentielle
- •En déduire t₁/₂ et comparer à la valeur tabulée
Matériel expérimental
Compteur Geiger-Müller
Détecter et compter les particules émises par la source radioactive
Source radioactive scellée
Émetteur β ou γ de faible activité pour l'étude en classe
Chronomètre
Mesurer les intervalles de temps pour le suivi de l'activité
Écrans de plomb, aluminium, papier
Identifier le type de rayonnement par leur pouvoir de pénétration
Vocabulaire
Activité A : Nombre de désintégrations par seconde, en becquerels (1 Bq = 1 désintégration/s)
Période radioactive t₁/₂ : Durée au bout de laquelle la moitié des noyaux radioactifs se sont désintégrés
Constante radioactive λ : Probabilité de désintégration par unité de temps : λ = ln(2)/t₁/₂
Isotopes : Noyaux ayant le même nombre de protons Z mais un nombre de neutrons différent
Sujets type Bac ECE
- 1Mesurer la période radioactive d'un isotope à l'aide d'un compteur Geiger
- 2Déterminer le type de rayonnement émis par une source à l'aide d'écrans absorbants
- 3Vérifier la loi de décroissance radioactive par un suivi temporel de l'activité
