Les Désintégrations Alpha (α) et Bêta (β-, β+)

Les désintégrations alpha (α) et bêta (β-, β+) sont des phénomènes de radioactivité. Un noyau atomique instable se transforme spontanément en un noyau plus stable en émettant une particule et, souvent, un rayonnement. Ces transformations modifient la composition du noyau.

Noyau atomique

Partie centrale de l'atome, composée de protons (charge positive) et de neutrons (pas de charge). C'est là que se concentre presque toute la masse de l'atome.

Radioactivité

Phénomène par lequel un noyau atomique instable se désintègre spontanément en un autre noyau, en émettant des particules et de l'énergie (rayonnements).

Isotopes

Atomes d'un même élément chimique (même nombre de protons) mais ayant un nombre différent de neutrons, donc une masse différente.

Nucléons

Nom générique donné aux particules qui composent le noyau atomique : les protons et les neutrons.

Rappels sur l'atome et la radioactivité

Un atome est composé d'un noyau et d'électrons qui gravitent autour. Le noyau contient des protons et des neutrons (les nucléons). Certains noyaux sont instables car ils ont trop de protons, trop de neutrons ou sont trop massifs. Pour devenir stables, ils se transforment en émettant des particules. Lors de ces transformations, le nombre total de nucléons (A) et la charge électrique totale (Z) sont conservés.

A_Z X \rightarrow A'_ {Z'} Y + A''_ {Z''} J

Avec A = A' + A'' et Z = Z' + Z''.

La désintégration Alpha (α)

Un noyau lourd et instable, qui a trop de nucléons, peut se désintégrer en émettant une particule alpha. Cette particule alpha est un noyau d'hélium (composé de 2 protons et 2 neutrons).

A_Z X \rightarrow ^{A-4}_{Z-2} Y + ^4_2 He

Le noyau parent X se transforme en un noyau fils Y. Le nombre de masse (A) diminue de 4 et le numéro atomique (Z) diminue de 2. La particule alpha est très ionisante, ce qui signifie qu'elle interagit fortement avec la matière. Elle est facilement arrêtée par une feuille de papier ou la couche superficielle de la peau. Pour l'instant, elle n'a pas d'application médicale.

La désintégration Bêta-moins (β-)

Un noyau qui a un excès de neutrons peut se désintégrer en émettant une particule bêta-moins. Dans ce cas, un neutron du noyau se transforme en un proton et un électron. Le proton reste dans le noyau, et l'électron (particule bêta-moins) est éjecté.

A_Z X \rightarrow ^A_{Z+1} Y + ^0_{-1} e

Le nombre de masse (A) reste le même, mais le numéro atomique (Z) augmente de 1. La particule bêta-moins est un électron. Elle est plus pénétrante que la particule alpha mais moins ionisante. Elle est utilisée en médecine, notamment pour la scintigraphie.

La désintégration Bêta-plus (β+)

Un noyau qui a un excès de protons peut se désintégrer en émettant une particule bêta-plus. Ici, un proton du noyau se transforme en un neutron et un positon (ou antiélectron). Le neutron reste dans le noyau, et le positon (particule bêta-plus) est éjecté.

A_Z X \rightarrow ^A_{Z-1} Y + ^0_{+1} e

Le nombre de masse (A) reste le même, mais le numéro atomique (Z) diminue de 1. La particule bêta-plus est un positon. Elle est utilisée en imagerie médicale, notamment pour la Tomographie par Émission de Positons (TEP).

Le rayonnement Gamma (γ)

Souvent, après une désintégration alpha ou bêta, le noyau fils est dans un état d'énergie excité (il a trop d'énergie). Pour se stabiliser, il libère cet excès d'énergie sous forme de rayonnement gamma. Le rayonnement gamma est une onde électromagnétique, comme la lumière, mais beaucoup plus énergétique.

A_Z X^* \rightarrow ^A_Z X + \gamma

Le rayonnement gamma est très pénétrant. Il peut traverser le corps humain et nécessite des matériaux épais comme le plomb pour être arrêté. Il est utilisé en radiothérapie et en imagerie.

A retenir :

La désintégration alpha (α) émet un noyau d'hélium (⁴₂He). Le noyau perd 4 nucléons et 2 protons. Elle est peu pénétrante.
La désintégration bêta-moins (β-) émet un électron (⁰₋₁e). Un neutron se transforme en proton, le noyau gagne 1 proton. Elle est plus pénétrante et utilisée en scintigraphie.
La désintégration bêta-plus (β+) émet un positon (⁰₊₁e). Un proton se transforme en neutron, le noyau perd 1 proton. Elle est utilisée en TEP.
Le rayonnement gamma (γ) est une onde électromagnétique émise par un noyau excité. Il est très pénétrant et souvent associé aux désintégrations alpha ou bêta.
Les lois de conservation du nombre de masse (A) et du numéro atomique (Z) doivent toujours être respectées dans les équations nucléaires.