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Demi-vie

La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique ou radioactive. En particulier, la demi-vie est le temps nécessaire pour qu'un élément radioactif perde la moitié de son activité par désintégration naturelle.

En biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants (ou...) et pharmacologie

En pharmacologie, la demi-vie (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique ou radioactive. En...) désigne par extension le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) nécessaire pour que la quantité d’une substance contenue dans un système biologique soit diminuée de la moitié de sa valeur initiale (par exemple la teneur d’un médicament dans le plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à...) sanguin).

Ce paramètre varie légèrement d'un individu (Le Wiktionnaire est un projet de dictionnaire libre et gratuit similaire à Wikipédia (tous deux sont soutenus par la fondation...) à l'autre, selon le processus d'élimination et le fonctionnement relatif chez l'individu.

En pratique, on considère qu'un médicament n'a plus d'effet pharmacologique après cinq à sept demi-vies.

En physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) nucléaire

En physique nucléaire, la demi-vie, appelée parfois période radioactive, pour un isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits...) radioactif, est la durée au cours de laquelle son activité radioactive décroît de moitié pour un mode de désintégration donné. Le terme demi-vie ne signifie pas que l’activité d'un isotope radioactif est nulle au bout d'un temps égal à 2 demi-vie, puisque l'activité est alors réduite seulement à 25% de l’activité initiale (voir le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) de décroissance de l'activité). En réalité, l'activité A vaut, après n demies vies, A = {A_0 \over 2^n}, si bien que l'activité n'est jamais mathématiquement nulle.

C'est une propriété statistique : durée à l'issue de laquelle le noyau d'un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) radioactif aurait une chance sur deux de se désintégrer suivant le mode de désintégration concerné si ce mode était seul. Cette propriété à l'échelle du noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (10-15 m) est considérablement plus petite que...) ne dépend pas des conditions d'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...), telles que température, pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.), champs, mais uniquement de l'isotope et du mode de désintégration considérés.

La demi-vie peut varier considérablement d'un isotope à l'autre, depuis une fraction de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est...) à des millions ou des milliards d'années (voir figure ci-contre).

L'activité d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) donné d'atomes d'un isotope radioactif est proportionnelle à ce nombre et inversement proportionnelle à la demi-vie de l'isotope.

Loi de décroissance radioactive

Nombre de
demi-vie
passées
Fraction
restante
Pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme « 45 % »...)
restant
0 1 100%
1 1/2 50%
2 1/4 25%
3 1/8 12,5%
4 1/16 6,25%
5 1/32 3,125%
6 1/64 1,5625%
7 1/128 0,78125%
... ...
N 1 / 2N 100 / 2N %

La décroissance radioactive est un processus de Poisson (Dans la classification classique, les poissons sont des animaux vertébrés aquatiques à branchies, pourvus de nageoires et dont le corps est le plus souvent couvert d'écailles. On les trouve...). La probabilité de désintégration est indépendante du passé et du futur. Pour la dérivation de la loi de probabilité il faut introduire une échelle de temps proportionnelle à la demi-vie. Pour cela on introduit la probabilité cumulative.

U(t)=Prob{T>t}

La probabilité d'une désintégration après un temps t. Puisque la désintégration est indépendante de l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) t, U(t) est la probabilité conditionnelle qu'il y ait une désintégration à l'instant t+s sachant qu'il n'y a pas de désintégration à l'instant t U(t+s)/(U(s)). Ainsi la probabilité cumulative satisfait cette équation :

U(t+s)=U(t)U(s)

Dans le cas d'une fonction mesurable (Soient E et F des espaces mesurables munis respectivement d'une tribu et .) l'unique solution est la fonction exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus généralement en mathématiques et...). Soit un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) constitué de N éléments dont le nombre décroît avec le temps selon un taux de décroissance noté λ. L'équation de ce système dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) (cf. loi de décroissance exponentielle) s'écrit :

\frac{dN}{dt} = -\lambda N

où λ est un nombre positif, avec une quantité initiale N(t = 0) = N0.

Si on effectue une résolution des équations différentielles à coefficients constants, alors la solution d'une telle équation est la fonction définie par :

N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t}\,

Cette fonction décroissante atteint une valeur égale à la moitié de la quantité initiale N0 au bout d'une certaine durée notée t1 / 2. En simplifiant, on obtient alors :

e^{-\lambda t_{1/2}}  =\frac{N_0}{2N_0}=\frac{1}{2}

d'où l'on déduit facilement

t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}

Cette durée t1 / 2 est appelé la demi-vie des éléments de l'ensemble.

Remarques

Dans les radionucléides où des particules se transforment par radioactivité en une autre particule, le nombre de particules initiales décroît exponentiellement en fonction du temps.

Il est fréquent qu'un isotope radioactif comporte plusieurs modes de désintégration, ou bien qu'il appartienne à une chaîne de désintégration radioactive. Pour ces cas, la loi exponentielle simple de décroissance radioactive ne s'applique plus, et la décroissance de l'activité de la substance est alors encore plus lente (La Lente est une rivière de la Toscane.).

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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