LES MÉCANISMES RADIOACTIFS

       La radioactivité est très mystérieuse dans sa nature profonde, pourtant elle est reconnue, mesurée, utilisée en diverses circonstances.

 

   Présentation des rayonnements

         -Composition d'un atome

        Un atome est composé d'un noyau formé de charges positives le proton entouré de charges négatives en mouvement. Dans un atome radioactif, les charges négatives appelées électrons subissent entre elles des intéractions.

         -Particularités de l'atome radioactif

        La radioactivité s'explique avec l'atome magnétique. Tous les corps produisent des ondes, du simple fait qu'ils sont constitués d'atomes, eux-mêmes formés de particules bipolaires en rotation sur elles-mêmes. Plus il y a d'électrons dans le noyau, plus il y a d'intéractions électromagnétiques et plus le noyau est instable car on considère que les charges sont toutes des aimants complets (c'est à dire des charges s'attirant et se repoussant mutuellement avec la même force). Ainsi le nombre important d'électrons (ou la densité des corps) expliquent la fragilité de cet équilibre entre les forces. La radioactivité est donc une onde s'expliquant par la vitesse de gravitation élevée des charges autour du noyau émettant alors des rayonnements radioactifs.

         -Les différents rayonnements

        La radioactivité ne fait pas partie des multiples inventions de l'homme, en effet, c'est un phénomène naturel que celui-ci ne peut empêcher. Elle fait partie de son environnement quotidien puisqu'elle est présente dans le rayonnement cosmique, dans l'écorce terrestre, dans l'eau, l'air, le corps humain et de nombreux aliments. La nature a été beaucoup plus radioactive dans le passé puisque les radioéléments ne cessent de perdre de l'activité depuis leur création. Chaque radioélément a sa propre durée de vie, quantifiée par leur demi-vie radioactive. Cependant l'homme a réussi à contrôler partiellement le phénomène radioactif, avec ce que l'on appelle la radioactivité artificielle.

         ¤ Rayonnement a  (alpha):

        Les noyaux concernés par ce rayonnement sont les noyaux lourds. Dans ce cas la particule émise est le noyau d'hélium (He : 4 nucléons, 2 protons). Comme pour tous les rayonnements, la réaction qui lui est associée conserve les nombres de masse et de charge des noyaux. Dans l'air son parcours maximal est de quelques centimètres, dans l'eau quelques centièmes de millimètres ainsi que dans l'aluminium.

        ¤ Rayonnement ß-(bêta-):

         Ici les noyaux sur lesquels la radioactivité agit sont ceux qui ont trop de neutrons. La réaction émet un noyau fils possédant un proton de plus que celui de départ et un électron (e : 0 nucléon, -1 proton). Son parcours est de l'ordre de quelques mètres dans l'air, de quelques centimètres dans l'eau et de quelques millimètres dans l'aluminium.

        ¤ Rayonnement ß+ (bêta+):

         Ce rayonnement provient de la radioactivité artificielle, il concerne les noyaux ayant trop de protons. C'est un positron qui est émis. Le noyau fils obtenu possède un proton de moins que le noyau père.

        ¤ Émission g   (gamma):

         Le noyau fils peut être obtenu dans un état excité. Il se désexcite alors spontanément en émettant un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde très faible (l<10-12m). La réaction transforme le noyau excité en un noyau fils désexcité et en une particule g   ; son parcours dans l'air est très long.

 

    Lois reliées à la radioactivité

         - Décroissance radioactive

          La radioactivité est un phénomène spontané et aléatoire. Un noyau radioactif ne vieillit pas, sinon tous les noyaux d'une population de noyaux identiques se désintégreraient à peu près en même temps. Notons N0 un effectif initial d'atomes radioactifs. Au bout d'un certain temps t, l'effectif N(t) de cette population devient : N(t)=N0.exp(-lt) où l est la probabilité de désintégration par unité de temps :l=ln(2)/T et T est la période de demi-vie, telle que N=N0/2

         - Présentation de l'expérience

        Nous avons décidé de réaliser notre expérience à l'aide du C.R.A.B.compteur de radiations alpha et bêta ; cet appareil permet de quantifier les radiations émises par un échantillon de césium 137 sur un intervalle de temps donné. Nous avions pour but de mettre en évidence certains caractères propres au phénomène radioactif comme la désintégration des radioéléments proportionnelle au temps et à la distance, et la loi de décroissance radioactive.

Courbe 1 : nous avons placé la source radioactive à 13 cm du compteur et nous avons fait varier la durée de chaque mesure.

Durée de comptage
1
2
5
10
20
50
100
200
500
1000
Nb d'atomes désintégrés
23
48
122
228
442
1147
2312
4755
11457
23288

 

 

Courbe 2 : cette fois-ci la source fut placée à 6 cm.

Durée de comptage (en secondes)
1
2
5
10
20
50
100
200
500
1000
Nb d'atomes désintégrés
8
14
43
76
154
394
760
1517
3782
7770

 

 

Courbe 3 : pour ces relevés, nous avons gardé la même durée (t = 10s), le facteur variant étant la distance qui sépare la source radioactive du compteur.

Distance(en cm)
3
4,5
6,5
9
13
Nb d'atomes désintégrés
3729
1890
998
499
231

 

 

          Nous avons appris par la suite que nos différents relevés n'étaient pas très fiables, en effet la radioactivité est un phénomène aléatoire et les rayonnements de la source radioactive ne vont pas régulièrement dans toutes les directions, ainsi les relévés effectués par le compteur Geiger-Müller sont stochastiques. Il aurait fallu mettre en place une expérience assistée par ordinateur.

 

   Action sur le génotype et les phénotypes moléculaire et cellulaire

            -Comment la radioactivité agit sur l'organisme?

        Le rayonnement agit sur la matière vivante en ionisant les molécules qui la composent, ce qui conduit à briser tel ou tel lien moléculaire : il peut s'agir directement des liaisons des molécules d'ADN ; l' ionisationtransformation d'atomes, de molécules neutres en ions peut aussi conduire à la radiolyse rupture d'une molécule sous l'effet d'un rayonnement ionisant de l'eau (H2O) présente dans toutes les cellules vivantes dont les radicaux groupements d'atomes qui se transportent d'une molécule à l'autre dans une réaction chimique attaqueront ensuite chimiquement les molécules d'ADN.

           -Les mutations et anomalies

        La rupture ou la modification de liaisons des chaînes moléculaires par les particules ionisantes peut conduire, soit à la destruction et à l'élimination des cellules, soit à des mutations pouvant provoquer un cancer ou des anomalies héréditaires.

           -L'existence de gènes réparateurs

       Lorsque une molécule d'ADN s'est cassée en un ou plusieurs endroits après avoir subi des dommages, des mécanismes enzymatiques mécanismes créés par des enzymes, ce sont des catalyseurs biologiques très spécifiques et de nature protéique de réparation sont alors capables de rétablir l'intégrité de la molécule. Leur efficacité dépend de la densité des lésions ainsi que de leur nature. Un contrôle cellulaire les cellules détectent des anomalies et se chargent de protéger l'organisme permet d'augmenter le nombre d'enzymes de réparation ainsi que la durée de leur intervention ; il agit par l'induction de gènes de réparation et l'arrêt du cycle de division cellulaire.

           -L'existence de gènes suicides

       Récemment, un autre mécanisme a été mis en évidence : la cellule fortement lésée peut provoquer sa propre mort en activant des gènes suicides. C'est la mort programmée ou apoptose.

 

          Si la lésion a échappé à tous ces mécanismes, elle conduit à une mutation irréversible qui est fixée dans le génome, après division de la cellule touchée.

 

 

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