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TSTIDD SANTÉ: COMMENT MESURER LA RADIOACTIVITÉ ? Eclipse à Chéraute
LA RADIOACTIVITÉ :
La radioactivité, est un phénomène découvert en 1896 par le physicien français Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Pierre et Marie Curie pour le polonium et le radium.
Henri Becquerel découvre, par hasard, lors d'études sur la phosphorescence, que des sels d'uranium laissés dans un tiroir ont impressionnés une plaque photographique, pourtant protégée de la lumière.
Il vient de découvrir un rayonnement capable de traverser la matière.
Les substances émettant ce rayonnement sont nommées radioactives :http://www.cea.fr/jeunes/themes/la-radioactivite/la-radioactivite
Dans la NATURE, la PLUPART DES NOYAUX d’atomes sont STABLES.
• Cependant, certains atomes ont des NOYAUX INSTABLES, ce qui est dû à un excès de protons, de neutrons, ou encore à un excès des deux. Ils sont dits RADIOACTIFS et sont appelés RADIO-ISOTOPES ou radionucléides.
• Les noyaux d’atomes radioactifs se transforment spontanément en d’autres noyaux d’atomes, radioactifs ou non.Ainsi, de noyau radioactif en noyau radioactif, l’uranium 238 tend à se transformer en une forme stable, le plomb 206.
Cette transformation irréversible d’un atome radioactif en un autre atome est appelée désintégration.
LA DÉSINTÉGRATION s’accompagne d’une ÉMISSION de différents types de RAYONNEMENTS.
Les 3 types de rayonnements pouvant être émis par un NOYAU RADIOACTIF (PÈRE) qui se DÉSINTÈGRE pour donner D'autres NOYAUX(FILS).
Ces rayonnements , imperceptibles par nos sens, sont détectés par les compteurs GEIGER-MULLER .
VIDÉO :http://www.youtube.com/watch?v=NJtZ ; $ gnome-mplayer CPSlesdechetsnucléaires1.webm1' à 7,5' Radioactivité et rayonnement.
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Activité_1. COMMENT MESURER LA RADIOACTIVITÉ AMBIANTE ?
1. Positionner le sélecteur sur la mesure du seul rayonnement γ électromagnétique (E.M. ).Une simple feuille d'aluminium filtre alors le rayonnement α et β .
2. Pour compter les impulsions (photons γ reçus).
Appuyer une fois sur , augmenter ou diminuer la durée de comptage
T compt avec les flèche Haut/Bas.
Appuyer une 2ème fois pour démarrer le comptage.
3. Arrêter le comptage avec
On peut aussi appuyer 2 fois pour démarrer le comptage et noter le
nombre d'impulsions obtenus au bout de T compt chronométrée.
Ticker donne un bip par ionisation captée.L'écran affiche en bas D, le seuil d'alarme réglé. Ici au max à 80µSv/h
1 2 3 4 5 6 7 8 9Mesure N°durant 10s Nombre
De désintégrations
CPS ou Nombre de désintégration Par seconde (Fréquence)Nb d'ionisations /s = Activité de l'isotope En Becquerel (Bq)
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Activité_2. LA « RADIOACTIVITÉ NATURELLE » EST ELLE DANGEREUSE ?
La « radioactivité naturelle » est la radioactivité produite par des sources naturelles (roche, gaz, liquide, êtres vivants...) donc non synthétisée par l'homme .
http://www.laradioactivite.com/fr/site/pages/LimitesDoses.htm
Mesurer le débit de Dose (µSv/h) de la salle à l'aide du Compteur-Geiger en mode Dosimètre :
• Appuyer sur la touche • Relever Le débit dose
DAmbiant affichée après stabilisation.
PRINCIPE DU COMPTEUR GEIGER-MÜLLERhttp://ps4-lrg.over-blog.com/article-animation-flash-sur-le-compteur-de-geiger-muller-91106319.html
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ATOME , NOYAU ET ISOTOPES
TOUT LES ATOMES OU IONS MONOATOMIQUES AYANT UN NOYAU XZA
APPARTIENNENT AU MÊME ÉLÉMENT CHIMIQUE X . Exemple : Fe² appartient à l'élément chimique ⁺ Fe26
56 .
ISOTOPES :Exemples : Fe26
56 (le plus courant ~ 92%, STABLE) et Fe2660
(artificiel et radioactif) L'HYDROGÈNE possède 3 isotopes naturels : H1
1
( 99,98%), H12 Deutérium, H1
3 Tritium
H12 et H1
3 sont utilisés dans la fusion thermonucléaire (Bombe H et recherches)
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LES RAYONNEMENTS RADIOACTIFShttps://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_de_la_radioactivit%C3%A9
La radioactivité, terme inventé vers 1898 par Pierre Curie, est un phénomène physique naturel au cours duquel des noyaux atomiques instables se désintègrent spontanément en d'autres noyaux, avec dégagement
d'énergie sous forme de DIVERS RAYONNEMENTS. Ex : Fission spontanée ou provoquée par absorption d'un neutron ou émission spontanée de particules .
ÉQUATION DE LA RÉACTION NUCLÉAIRE :
1. Rayonnement α : perte de He24
Par éjection d'un noyau d'Helium, ce rayonnement est très ionisant et dangereux.
2. Rayonnement β :
• β+ perte d'un positon e⁺, l'antiparticule de e⁻ :
Un p11 se transforme en n0
1 .
Ce rayonnement ne concerne que des nucléides « artificiels », obtenus dans des réactions nucléaires provoquées, qui présentent un excès de protons.
ν00 est un neutrino .De charge nulle, et de
masse faible .
• β - Perte d'un électron e⁻ :affecte les nucléides XZ
A présentant un excès de neutrons .
Un n01 se transforme en p1
1 .
ν̄ 00 l'antineutrino.
La radioactivité peut aussi émettre des protons(très ionisants) et des neutrons(Fission) qui peuvent pénétrer plusieurs mètres de béton (Bombes à neutrons).
http://www.irsn.fr/FR/connaissances/Nucleaire_et_societe/education-radioprotection/bases_radioactivite/Pages/8-rayonnement-ionisant.aspx
EQUATION :
Les e ou e (positons) éjectés sont très énergétiques ⁻ ⁺et ionisants mais ne parcours que quelques mètres dans l'air .
3. RAYONNEMENT γ :les désintégrations α, β– et β+ sont toujours accompagnées de l'émission de photons de haute énergie ou rayons gamma, beaucoup plus énergétiques que les rayons X .
νX > ~ 1017 Hz et νγ >~ Hz
EX (J )= Eγ(J )=
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LOI DE DÉCROISSACE RADIOACTIVE :Les expériences montrent que l'activité d'un échantillon radioactif décroît exponentiellement avec le temps.Donc le nombre N (Bq) de désintégrations par s ou fréquence des désintégrations décroît en suivant la loi:
• λ est la constante radioactive de l'élément.
• La Période radioactive ou ½ vie, T 1/2 est la durée pour que la moitié des noyaux se désintègrent ou que l'activité A diminue de moitié.
• λ=ln (A0
A) . 1
t→ λ=
ln 2T1 /2
;
A=A0 . e−(
ln2T 1/2
. t)T 1/2 noté T
Au bout de 20.T, l'activité devient négligeable
A=A0 . e−(ln2 . 20)=A0 . 10−6
T 1/2 Rayonnement Fils(*:radioactif)
238U 4,5 x 10 ⁹a
α 234Th *
235U 703,8.10⁶ a
α 231Th *
14C 5730 a β– 14N210Po 138,376 J α 206Pb
http://www.irsn.fr/FR/connaissances/faq/Pages/Quelle_est_la_dose_de_radioactivite_dangereuse_pour_la_sante.aspxhttp://www.irsn.fr/FR/connaissances/faq/Pages/Quelle_est_la_dose_de_radioactivite_dangereuse_pour_la_sante.aspx
Incident Niveau2 (Niveau 7 : Tchernobyl et Fukushima) Centrale du Blayais (Estuaire de la gironde) :25 avril 2013http://www.asn.fr/index.php/Les-actions-de-l-ASN/Le-controle/Actualites-du-controle/Avis-d-incidents-des-installations-nucleaires/2013/Irradiation-d-un-travailleur-lors-de-l-arret-programme-du-reacteur-4
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DANGERS DE LA RADIOACTIVITÉ ET PRÉVENTION
La dose limite, pour le public, corps entier : 1mSv/an
utilisée pour les expositions ponctuelles( accidents
ou traitement médical).
L'ÉQUIVALENT DOSE (ED) en Sv tient compte des effets biologiques différents suivant les types de rayonnement.
FQ=1 pour le rayonnement γ
FQ=20 pour le rayonnement α
RADIOPROTECTION :• S'ÉLOIGNER DES SOURCES de
rayonnement car il diminue comme le carré de la distance.
• METTRE DES ÉCRANS constitués d'éléments chimiques à Z forts( Pb82
207 , …)
• QUITTER RAPIDEMENT les zones exposées .
• MESURER AU DOSIMÈTRE LA DOSE REÇUE et ne pas dépasser la dose limite.
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ANNEXE 1. LE COMPTEUR GEIGER-MULLERGAMMA-SCOUT® ONLINEConstruit pour le branchement à l’interface USB. L’appareil transmet les impulsions reçues à l’ordinateur toutes les 10, 30 ou 60 secondes. L’alimentation en courant provient de l’interface USB. Le système d’alarme et les options du modèle standard peuvent être utilisés.499,00 € TTC
PRINCIPE DU COMPTEUR GEIGER-MULLER :http://ps4-lrg.over-blog.com/article-animation-flash-sur-le-compteur-de-geiger-muller-91106319.html
$ gnash http://www.cea.fr/content/download/3808/298529/file/Geiger.swfUn atome radioactif est instable et se transforme spontanément en émettant un ou plusieurs des 3 types de rayonnement ionisant ci-contre .
Un rayonnement ionisant arrache un ou des e aux ⁻atomes qu'il rencontre . Ces e sont attirés par l'anode (+) du compteur Geiger⁻ , ce qui provoque une impulsion de courant qui peut être amplifiée vers un Haut-Parleur qui produit un Son (craquement, Bip...), à chaque ionisation dans le tube. Le compteur compte ainsi le nombre d'ionisations ayant été provoquées dans le tube.Chacune correspond à la désintégration d'un noyau.
Si une particule ionisante entre dans le compteur, elle va créer des paires ion-électron dont le nombre sera proportionnel à l'énergie perdue par la particule dans le compteur. Les particules chargées vont être mises en mouvement et accélérées par le champ électrique créé par la différence de potentiel entre l'anode et la cathode (les e- vers l'anode et les ions positifs vers la cathode). Si V0 est nul, aucune charge ne sera collectée. Si on augmente V0, le compteur se comporte comme une chambre d'ionisation qui collecte toute ionisation "primaire" créée par la perte d'énergie de la particule ionisante dans le compteur. Si on augmente encore V0, les électrons "primaires" vont avoir assez de vitesse pour ioniser le gaz du détecteur, les électrons ainsi générés vont aussi ioniser le gaz et on va observer une cascade d'électrons sur l'anode. Pour un certain domaine de V0, ce nombre d'électrons reste proportionnel à l'énergie perdue par la particule ionisante car une gaine d'ions positifs se formant en même temps que les électrons va entourer l'anode et limiter l'avalanche. La multiplication ultérieure ne se fera qu'après un certain temps : le temps mort. Par contre, si V 0 augmente encore, on perd la proportionnalité car l'avalanche est trop importante. On est alors en régime Geiger.
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ANNEXE 2. COMPTEUR-GEIGER DOSIMÈTRE GAMMA-SCOUT.
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ANNEXE 3. DÉSINTÉGRATION RADIOACTIVE
https://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_de_la_radioactivit%C3%A9
La radioactivité, terme inventé vers 1898 par Pierre Curie, est un phénomène physique naturel au cours duquel des noyaux atomiques instables se désintègrent spontanément en d'autres noyaux, avec dégagement d'énergie sous forme de DIVERS RAYONNEMENTS.
Ex : Fission spontanée ou provoquée par absorption d'un neutron ou émission spontanée de particules .
1. Rayonnement α : perte de He24
2. Rayonnement β :
• β+ perte d'un positon e⁺, l'antiparticule de e⁻ :
Ce rayonnement ne concerne que des nucléides « artificiels », obtenus dans des réactions nucléaires provoquées, qui présentent un excès de protons. Un p1
1 se transforme en n01 .
ν00 est un neutrino .De charge nulle, et de
masse faible .
• β - Perte d'un électron e⁻ :affecte les nucléides XZ
A présentant un
excès de neutrons . Un n01 se transforme
en p11 .
ν̄ 00 l'antineutrino.
3. RAYONNEMENT γ :les désintégrations α, β– et β+ sont toujours accompagnées de l'émission de photons de haute énergie ou rayons gamma, beaucoup plus énergétiques que les rayons X .
νX > ~ 10¹ Hz et ⁷ νγ >~ Hz4. RAYONNEMENT NEUTRONIQUE :
L'émission de neutron résulte de la fusion ou fission nucléaires. He4 → He3 + n0
1
5. RAYONNEMENT PROTONIQUE :cas des noyaux en excès de protons ou excités.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Antiparticule
Ainsi une particule et son antiparticule ont toujours une charge électrique opposée.
À chaque particule de matière, correspond une antiparticule d'antimatière, ayant des caractéristiques identiques mais une charge électrique opposée (et de même valeur absolue).
LOI DE DÉSINTÉGRATION RADIOACTIVE :
• λ est la constante radioactive de l'élément.• La Période radioactive ou ½ vie, T 1/2 est la
durée pour que la moitié des noyaux se désintègrent.
T 1/2 Rayonnement Fils(*:radioactif)
238U 4,5 x 10 a ⁹ α 234Th *
235U 703,8.10 a⁶ α 231Th *
14C 5730 a β– 14N
210Po 138,376 J α 206Pb
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ANNEXE 4.
TOUTE RÉACTION NUCLÉAIRE VÉRIFIE : 1. CONSERVATION DES CHARGES : Z=Z'+z2. CONSERVATION DU NOMBRES DE NUCLÉONS : A=A'+a3. ÉQUATION DE DÉSINTÉGRATION NUCLÉAIRE : XZ
A → YZ 'A ' + qz
a , XZA Noyau Père et
YA ' etZ ' Noyau Fils
LA RADIOACTIVITÉ « NATURELLE » OU « ARTIFICIELLE »
VERS LA RADIOACTIVITÉ ARTIFICIELLE :http://mariecurie.science.gouv.fr/radio/radio2_3.php
Les Joliot-Curie ont préparé des sources alpha de polonium* particulièrement intenses à partir du « radium D » accumulé par Marie Curie. Après le Conseil Solvay d’octobre 1933, ils concentrent leurs efforts pour tenter de comprendre comment l’aluminium bombardé par des rayons alpha* peut émettre des neutrons* et des électrons positifs… L’expérience décisive sera d’une simplicité déconcertante. En présence de la source de rayons alpha, on observe des neutrons et des électrons positifs. L’émission des neutrons cesse immédiatement si on écarte la source. Il suffit d’approcher la feuille d’aluminium d’un compteur Geiger* pour constater que l’émission des électrons positifs (positons) se poursuit pendant un certain temps. Un élément radioactif a été formé. Frédéric Joliot* fait immédiatement le rapprochement avec la radioactivité naturelle* qu’il connaît bien. Le tout a duré à peine une heure. Les particules alpha* sont de petits noyaux d’hélium*, capables par leur énergie de pénétrer dans le noyau d’aluminium et de le transformer. On sait depuis peu compter les protons* et les neutrons* dans un noyau. Une particule alpha est composée de 2 protons et 2 neutrons, un noyau d’aluminium de 13 protons et 14 neutrons. Le noyau d’aluminium capture la particule alpha en laissant échapper un neutron, le noyau restant comporte donc 30 nucléons*, dont 15 protons : c’est du phosphore-30. Mais le phosphore-30 est inconnu dans la nature. L’explication de cette absence est simple. Il est instable, et disparaît (il se transforme en silicium) avec une période de 3 minutes en émettant un électron positif comme d’autres éléments naturels disparaissent en émettant un électron* négatif. Chemin faisant, les Joliot-Curie ont mis en évidence un nouveau type de radioactivité bêta, la radioactivité bêta-plus*. Deux semaines plus tard, ils publient les preuves chimiques de la transformation de l’aluminium en phosphore 30 et du bore en azote 13, tous deux radioactifs. Le prix Nobel de chimie est décerné en 1935 à Frédéric Joliot et Irène Joliot–Curie pour « leur synthèse de nouveaux éléments radioactifs »
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ANNEXE 5. LA RADIOACTIVITÉ NATURELLEhttp://www.installationsclassees.developpement-durable.gouv.fr/2-Contexte-et-enjeu.html
En France, l’impact moyen des rejets industriels en situation normale (réacteurs nucléaires, industrie du combustible, traitement des déchets) est inférieur à quelques millièmes de la radioactivité naturelle. Le bilan global de l’environnement radioactif en France, toutes origines confondues, représente une exposition moyenne de 4 mSv par an dont 2,4mSv est due aux sources naturelles d’exposition.
Ordre de grandeur de la radioactivité naturelle présente dans quelques milieux ou produits
• Terrain granitique : 3000 Bq/kg• Pommes de terre : 150 Bq/kg• Lait : 80 Bq/l• Un individu moyen émet 8200 Bq (8200 désintégrations par seconde)
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ANNEXE 6. MATIÈRE ET ANTIMATIÈRE
• L'antiparticule a des nombres quantiques (charge, nombre leptonique et baryonique, saveur, isospin,...) opposés mais la même masse et le même spin(moment cinétique) que la particule correspondante.
Ainsi une particule et son antiparticule ont toujours une charge électrique opposée.
• À chaque particule de matière, correspond une antiparticule d'antimatière, ayant des caractéristiques identiques mais une charge électrique opposée (et de même valeur absolue).
• La rencontre d'une particule et de son antiparticule les annihile, émettant une quantité correspondante d'énergie suivant la formule bien connue E=mc 2 . Cette énergie donne alors naissance à une paire de photons émis à 180 ° et de même énergie (dans le référentiel du centre de masse).
• Et, inversement, la concentration d'une quantité suffisante d'énergie provoque la création d'un ou plusieurs couples particule-antiparticule.
• Être sa propre antiparticule :Une antiparticule a la charge opposée de celle de sa particule. Pour qu'une particule soit sa propre antiparticule, il faut donc tout d'abord qu'elle soit neutre.
•
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