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 
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.
; 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' ionisation
peut aussi conduire à la radiolyse
de l'eau (H2O) présente dans toutes les cellules
vivantes dont les radicaux
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
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
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.