Initiation à la Radioactivité pour les 1ère S

Salutations les 1ère S ! Je vous ai déjà fais découvrir les intégrales, et la formule du binôme de Newton !

Et si on faisait un peu de physique?

Un aperçu de ce qu'on fait en Terminale S sur la partie B: Radioactivité et Nucléaire.

Tout d'abord, la composition de l'atome. Depuis votre tout jeune âge on vous a apprit que l'atome est composé de:

Nucléons (Protons + Neutrons) et d'électrons.

Mais en Terminale vous allez voir que... ça n'a pas changé !

Spoiler:

Bon je ne vais pas vous refaire le blabla sur les isotopes ! Ouvrez votre cours de 2nd.

Puis vous allez voir 3 Types de désintégrations:

- Alpha (émission d'un noyau composé 2 protons et 2 neutrons) qu'on appelle Helium 4

- Beta - (émission d'une particule nommée Électron)

- Beta + (émission d'une particule nommée Positron ou Positon c'est pareil)

WoW !!! C'est quoi ça ? Positron?

C'est l'antiparticule de l'électron, une antiparticule possède les mêmes caractéristiques (masse, spin ...) que sa particule mais une charge électrique opposé.

Bon maintenant... Pourquoi les noyaux émettent ce genre de trucs?

C'est à cause de la radioactivité, c'est un phénomène qui se passe au niveau du noyau d'un atome. Il peut arriver qu'un proton se "transforme" en neutron ou inversement... Et dans ce cas là, le noyau émet une particule.

Spoiler:

Bon pourquoi le noyau se comporte comme ça? C'est une histoire de stabilité, les gros noyaux (Uranium, Radium etc...) sont instables ! Et donc ils se désintègrent en noyaux plus petits pour tenter de devenir enfin stable.

Par exemple:

L'uranium 236 est instable et se désintègre (désintégration alpha), il donne donc du Thorium 234. Car si on écrit la transformation ça donne:



On voit bien que le nombre de charges et de masses sont conservés.

Euh... Micka, j'ai pas le temps de tout lire, mais il n'existe pas que deux quarks !

Même si effectivement, les deux cités sont les seuls à entrer dans la composition des nucléons...

Physikaddict tu m'apprends quelque chose là !

Mais MDR ! Tu crois m'apprendre ça =p !

Bon ok les enfants, il existe 6 Quarks et 6 AntiQuarks:

UP et DOWN
CHARM et STRANGE
TOP et BOTTOM !

Je parlais bien sur de ceux qui composent les nucléons. =)

ksitov a écrit:Physikaddict tu m'apprends quelque chose là !

Mais MDR ! Tu crois m'apprendre ça =p !

Bon ok les enfants, il existe 6 Quarks et 6 AntiQuarks:

UP et DOWN
CHARM et STRANGE
TOP et BOTTOM !

Je parlais bien sur de ceux qui composent les nucléons. =)

Je suis parfaitement conscient que tu le sais.
Mais ta formulation laisse à penser qu'il n'en existe que deux, ce qui est faux. Ne leur cache pas la noble vérité.

Intéressant tout ça, merci.
Mais pour les petits nulos comme moi, tu pourrais nous dire ce qu'est le spin ? un boson (W-) ?

Donc techniquement un désintégration, c'est quand le noyau est modifié ? L'élément change donc ? (j'admets avoir été surpris de ton équation de réaction où l'uranium devient du thorium. Dur de se dire "mais il n'y a pas conservation des éléments !!!)

Une désintégration Beta- engendre la libération d'un électron ? Doit-on comprendre que l'électron est composé de quarks DOWN ? De même pour le Beta+, doit-on comprendre le positon est formé de quarks UP ? Quoique.. Apparemment ce serait des "bosons W- et bosons W+" ? Quelle(s) différence(s) avec un quark ?

Où se trouvent les positons ?

Intéressant aussi cette histoire "d'antiparticule"... La matière noire / antimatière (c'est bien la même chose non ?) en fait parti j'imagine. Tu en sais un peu plus ? :D

D'où sort le boson lors de la désintégration Beta+/- ?

Voilà, merci. J'espère que tu ne vas pas me jeter à grands coups de pieds dans le derrière pour "questionnage" trop intensif.

De très bonnes questions que j'attendais:

Boson W-, c'est une particule qui appartient à la famille des Bosons. Les bosons sont des particules qui sont échangés lors d'une interaction et le W- c'est celui qui est échangé pour l'interaction faible.
Mais attention c'est niveau supérieur, c'est juste pour votre culture.

Spin, c'est assez compliqué (moi même je ne comprends pas trop)...

Mais il y a conservation !!! Conservation de masse et de charges ! Comme en chimie... Mais là c'est une transformation nucléaire.

Euh l'électron est une particule élementaire, il n'est pas composé d'autres particules.
En fait dans le proton par exemple, il y a 2 Up et 1 Down et bah lors d'une désintégration, 1Up devient un Down et donc on se retrouve avec 2 Down et 1 Up c'est donc un neutron ! Le proton c'est transformé en neutron. Et puis il y a émission d'un boson W- à cause de l'interaction faible qui causé la transformation du quark.
Et donc le boson W- va se désintégré en électron et en neutrino. (Le neutrino est une particule de masse quasi nulle et de charge nulle, il n'interagit avec pratiquement rien).

Les positons on en trouve pas énormément car lors d'une désintégration béta +, un positron est émis mais le problème c'est que dès qu'il rencontre un électron, il y a annihilation. Quand un particule rencontre son antiparticule ça s'annule et il y a émission d'un rayonnement (lumière).

Antimatière c'est de la matière composé d'antiparticule. Par exemple un antiatome d'Hydrogène est composé d'un antiproton et d'un positon et l'antiproton est composé de deux antiquark UP et un antiquark Down.

Matière noire c'est différent !

En esperant d'avoir répondu à tes questions.

Merci pour ta réponse. Peut-être ne l'as-tu pas vu, mais tu m'as répondu en éditant mon post au lieu de te crée le tien ce qui donne un étrange résultat.
EDIT : Ah, corrigé.

Merci aussi pour tes précisions sur le boson, mais tout est encore un peu flou. Finalement il n'a pas grande "utilité" ? Il est crée.. Puis il se transforme et en électron et en neutrino. Comment est-ce possible ? Il se divise ? Et donc on ne peut pas dire qu'il "forme" un électron puisqu'apparemment comme tu l'as dit, l'électron est une particule élémentaire. C'est "amusant" qu'il se transforme en l'un et en l'autre.
Finalement le boson "apparait" puis "disparait" ? Un drôle de cycle éphémère non ?
Ah aussi, où loge le Boson ? Est-il crée ? Réside-il au sein du noyau ? Dans ce cas, est-il en quantité limitée ?

Il doit y avoir peu d'antimatière "autour de nous" j'imagine ? Sinon on ressemblerait à une boîte disco et sa boule pop ? :D Où peut-on en trouver alors ?
Merci pour les précisions sur l'antimatière et d'avoir mis en évidence le fait qu'il ne s'agisse pas de matière noire.

Merci pour tout en fait. :D

En fait, c'est la physique des particules. Certaines particules sont instables et se désintègrent vite comme le muon qui est en fait un électron lourd, lui sa durée de vie c'est 2.2µs.

Voici une image qui s'appelle Diagramme de Feynman:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/Beta_decay_artistic.svg

Donc ça décrit la transformation du neutron en proton.

On voit qu'un quark UP reste UP, qu'un quark DOWN reste DOWN et qu'un quark DOWN devient UP... et celà provoque l'émission d'un boson W- qui PAF se désintègre en électron et en neutrino électronique.

Le boson est apparu à cause de cette transformation, quand quelque chose se transforme il faut bien que certaines choses soit conservé la charge par exemple. Le boson W- a une charge négative, le neutron a une charge neutre et le proton une charge positive donc ça se conserve regarde:

n -> p + W- en charge ça fait: 0 -> 1 + (-1)

Compris?

ksitov a écrit:Le boson est apparu à cause de cette transformation, quand quelque chose se transforme il faut bien que certaines choses soit conservé la charge par exemple. Le boson W- a une charge négative, le neutron a une charge neutre et le proton une charge positive donc ça se conserve regarde:

n -> p + W- en charge ça fait: 0 -> 1 + (-1)

Compris?

Ah oui, plus clair en effet. Merci. Bon après, remarque idiote : pourquoi est-ce que c'est un boson W- qui est libéré et non pas un électron par exemple, voire un antiproton puisqu'apparemment chacun d'eux possèdent une charge négative... J'imagine qu'il me faudra encore quelques (beaucoup) années d'études pour le découvrir.

Capuchon a écrit:

Ah oui, plus clair en effet. Merci. Bon après, remarque idiote : pourquoi est-ce que c'est un boson W- qui est libéré et non pas un électron par exemple, voire un antiproton puisqu'apparemment chacun d'eux possèdent une charge négative... J'imagine qu'il me faudra encore quelques (beaucoup) années d'études pour le découvrir.

Tout sauf une remarque idiote.

L'antiproton et l'électron sont des particules baryoniques (ou assimilée), c'est à dire qui composent la matière. Les bosons (comme W- par exemple) sont des particules fondamentalement différentes. Les bosons sont les vecteurs des différentes interactions qui régissent notre monde : force électromagnétique, force forte, force faible et gravitation (pour faire simple).

La désintégration radioactive est due à la force faible, il y a donc un échange de bosons (comme à chaque fois qu'une interaction fondamentale a lieu). Ce boson est W- car il correspond aux énergies mises en jeu (il a une masse qui correspond presque à l'énergie manquante, l'énergie cinétique achevant d'équilibrer la réaction).

Physikaddict a écrit:

Capuchon a écrit:

Ah oui, plus clair en effet. Merci. Bon après, remarque idiote : pourquoi est-ce que c'est un boson W- qui est libéré et non pas un électron par exemple, voire un antiproton puisqu'apparemment chacun d'eux possèdent une charge négative... J'imagine qu'il me faudra encore quelques (beaucoup) années d'études pour le découvrir.

Tout sauf une remarque idiote.

L'antiproton et l'électron sont des particules baryoniques (ou assimilée), c'est à dire qui composent la matière. Les bosons (comme W- par exemple) sont des particules fondamentalement différentes. Les bosons sont les vecteurs des différentes interactions qui régissent notre monde : force électromagnétique, force forte, force faible et gravitation (pour faire simple).

La désintégration radioactive est due à la force faible, il y a donc un échange de bosons (comme à chaque fois qu'une interaction fondamentale a lieu). Ce boson est W- car il correspond aux énergies mises en jeu (il a une masse qui correspond presque à l'énergie manquante, l'énergie cinétique achevant d'équilibrer la réaction).

Ah super. Merci pour ces claires précisions Physikaddict. :D