Radioactivité - Définition et Explications

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Introduction

Pictogramme signalant un risque d'irradiation. (☢)

La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie (Marie Curie (née Maria Skłodowska le 7 novembre 1867 à Varsovie, Pologne...) pour le thorium (Le thorium est un élément chimique, un métal de la famille des actinides, de symbole...), est un phénomène physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) naturel au cours duquel des noyaux atomiques instables, dits radioisotopes, se transforment spontanément (« désintégration ») en dégageant de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) sous forme de rayonnements divers, pour se transformer en des noyaux atomiques plus stables ayant perdu une partie de leur masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...). Les rayonnements ainsi émis sont appelés, selon le cas, des rayons α, des rayons β ou des rayons γ.

Les radioisotopes les plus fréquents dans les roches terrestres sont l'isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique...) 238 de l'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un...) (238U), l'isotope 232 du thorium (232Th), et surtout l'isotope 40 du potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de...) (40K). Outre ces isotopes radioactifs naturels encore relativement abondants, il existe dans la nature des isotopes radioactifs en abondances beaucoup plus faibles. Il s'agit notamment des éléments instables produits lors de la suite de désintégrations des isotopes mentionnés, par exemple de divers isotopes du radium (Le radium est un élément chimique de symbole Ra et de numéro atomique 88.) et du radon (Le radon est un élément chimique du tableau périodique de symbole Rn et de...).

Un des radioisotopes naturels les plus utilisés par l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...) est l'isotope 235 de l'uranium (235U) qui se trouve dans la nature en faible concentration (<1 %) associé à l'isotope 238U, mais dont on modifie la concentration par des techniques d'enrichissement de l'uranium pour qu'il puisse servir à la production d'énergie nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) civile et militaire.

Un autre radioisotope (Les radioisotopes, radionucléides ou radioéléments, contraction de...) naturel est le radiocarbone, c'est-à-dire l'isotope 14 du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) (14C). Ce dernier est constamment produit dans la haute atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) par des rayons cosmiques interagissant avec l'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...), et se détruit par désintégrations radioactives à peu près au même taux qu'il est produit, de sorte qu'il se produit un équilibre dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) qui fait que la concentration du 14C reste plus ou moins constante au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) et dans les organismes vivants qui l'ingérent (photosynthèse, nutrition (La nutrition (du latin nutrire : nourrir) désigne les processus par lesquels un être...)...). Une fois un organisme mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...), la concentration en 14C diminue dans ses tissus, et permet de dater le moment de la mort. Cette datation au radiocarbone est un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) très prisé en archéologie et permet de dater avec une bonne précision des objets organiques dont l'âge ne dépasse pas 50 000 ans.

Les rayonnements α, β et γ produits par la radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur...) sont des rayonnements ionisants qui interagissent avec la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) en provoquant une ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une...).

L'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou...) d'un organisme entraîne des effets qui peuvent être plus ou moins néfastes pour la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...), selon les doses de radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se...) reçues, la durée d'exposition (aiguë ou chronique) et le type de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) concerné. Elle peut être associée à une contamination radioactive (La contamination radioactive est le phénomène se produisant quand un produit radioactif...) surfacique (fixée ou non fixée), ou volumique (appelée aussi atmosphérique).

Historique

« Poudre Tho-Radia, à base de radium et thorium, selon la formule du Dr Alfred Curie... ».

La radioactivité fut découverte en 1896 par Henri Becquerel (Antoine Henri Becquerel (15 décembre 1852, Paris - 25 août 1908, Le...) (1852-1908), lors de ses travaux sur la phosphorescence : les matières phosphorescentes émettent de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) dans le noir après expositions à la lumière, et Becquerel supposait que la lueur qui se produit dans les tubes cathodiques exposés aux rayons X pouvait être liée au phénomène de phosphorescence. Son expérience consistait à sceller une plaque photographique dans du papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres...) noir et mettre ce paquet en contact avec différents matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) phosphorescents. Tous ses résultats d'expérience furent négatifs, à l'exception de ceux faisant intervenir des sels d'uranium, lesquels impressionnaient la plaque photographique à travers la couche de papier. Cependant, il apparut bientôt que l'impression de l'émulsion photographique n'avait rien à voir avec le phénomène de phosphorescence, car l'impression se faisait même lorsque l'uranium n'avait pas été exposé à la lumière au préalable. Par ailleurs, tous les composés d'uranium impressionnaient la plaque, y compris les sels d'uranium non phosphorescents et l'uranium métallique. À première vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...), ce nouveau rayonnement était semblable au rayonnement X, découvert l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) précédente (en 1895) par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) allemand Wilhelm Röntgen (Wilhelm Conrad Röntgen (27 mars 1845 à Lennep (aujourd'hui un quartier de...) (1845-1923). Des études ultérieures menées par Becquerel lui-même, ainsi que par Marie Curie (1867-1934) et Pierre Curie (Pierre Curie (15 mai 1859 à Paris - 19 avril 1906 à Paris) est un physicien autodidacte...) (1859-1906), ou encore par Ernest Rutherford (Sir Ernest Rutherford (30 août 1871 à Brightwater, Nouvelle-Zélande -...) (1871-1937), montrèrent que la radioactivité est nettement plus complexe que le rayonnement X. En particulier, ils trouvèrent qu'un champ électrique (En physique, on désigne par champ électrique un champ créé par des particules...) ou magnétique sépare les rayonnements « uraniques » en trois faisceaux distincts, qu'ils baptisaient α, β et γ. La direction de la déviation des faisceaux montrait que les particules α étaient chargées positivement, les β négativement, et que les rayonnements γ étaient neutres. En outre, la magnitude de la déflection indiquait nettement que les particules α étaient bien plus massives que les β.

En faisant passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) les rayons α dans un tube à décharge et en étudiant les raies spectrales ainsi produites, on pouvait conclure que le rayonnement α est constitué d'hélions, autrement dit de noyaux d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) (4He). D'autres expériences permettaient d'établir que les rayons β sont composés d'électrons comme les particules dans un tube cathodique (Le tube cathodique (CRT ou Cathode Ray Tube en anglais), fut inventé par Karl Ferdinand Braun. Le...), et que les rayons γ sont, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) comme les rayons X, des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) très énergétiques. Par la suite, on découvrit que de nombreux autres éléments chimiques ont des isotopes radioactifs. Ainsi, en traitant des tonnes de pechblende, une roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...) uranifère, Marie Curie réussit à isoler quelques milligrammes de radium dont les propriétés chimiques sont tout à fait similaires à celles du baryum (Le baryum est un élément chimique de symbole Ba et de numéro atomique 56.) (ces deux éléments chimiques sont des métaux alcalino-terreux), mais qu'on arrive à distinguer à cause de la radioactivité du radium.

Les dangers de la radioactivité pour la santé ne furent pas immédiatement reconnus. Ainsi, Nikola Tesla (Nikola Tesla (serbe cyrillique : Никола...) (1856-1943), en soumettant volontairement en 1896 ses propres doigts à une irradiation par des rayons X, constata que les effets aigus de cette irradiation étaient des brûlures qu'il attribua, dans une publication, à la présence d'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes...). D'autre part, les effets mutagènes des radiations, en particulier les risques de cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement...), ne furent découverts qu'en 1927 par Hermann Joseph Muller (Hermann Joseph Muller (1890–1967) est un généticien américain. C'est lui qui...) (1890-1967). Avant que les effets biologiques des radiations ne soient connus, des médecins et des sociétés attribuaient aux matières radioactives des propriétés thérapeutiques : le radium, en particulier, était populaire comme tonifiant, et fut prescrit sous forme d'amulettes ou de pastilles. Marie Curie s'est élevée contre cette mode, arguant que les effets des radiations sur le corps n'étaient pas encore bien compris. Durant les années 1930, les nombreuses morts qui ont semblé pouvoir être reliées à l'utilisation de produits contenant du radium ont fait passer cette mode.

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