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La radioactivité désigne la propriété de noyaux atomiques instables de se désintégrer spontanément et d’émettre alors des rayonnements ionisants. Des atomes instables et donc radioactifs sont appelés des radionucléides. En plus des matières radioactives produites artificiellement dans des centrales nucléaires et des accélérateurs, il y a dans la nature diverses sortes de substances radioactives.
La désintégration radioactive correspond à la transformation spontanée d’un noyau atomique instable et riche en énergie en un noyau atomique stable et plus pauvre en énergie. L’énergie excédante est alors rejetée sous forme de rayonnement.
Chaque radionucléide a son type de désintégration, son énergie de désintégration et sa demi-vie caractéristiques. La demi-vie renvoie à la période pendant laquelle la moitié des atomes d’une substance radioactive se désintègre.
Rayonnements cosmique et terrestre
Des substances radioactives naturelles nous entourent partout. Le rayonnement cosmique a pour source principale le soleil et d’autres corps célestes et nous parvient depuis l’espace. Il est constitué de protons et de particules alpha qui peuvent générer d’autres radionucléides lors des interactions avec l’atmosphère terrestre. C’est ainsi que l’isotope radioactif carbone 14 se forme par exemple dans l’atmosphère supérieure par la réaction du rayonnement cosmique avec de l’azote.
Le rayonnement terrestre est issu des radionucléides se trouvant dans la terre. Ceux-ci ont été produits avant la création de la terre, également en raison d’évènements cosmiques. C’est pourquoi ils sont appelés « nucléides primordiaux ». Leurs durées de demi-vie sont extrêmement longues. Ils peuvent ainsi être encore détectés aujourd’hui, soit 4,6 milliards d’années après la création de la terre.
Nucléides primordiaux
Les nucléides primordiaux les plus connus sont le thorium 232, le potassium 40, l’uranium 235 et l’uranium 238. Le thorium et l’uranium génèrent lors de leur désintégration des nucléides fils radioactifs. Leurs fils sont à nouveau radioactifs. Ces séries de radionucléides fils s’étendent sur plusieurs générations. Elles sont appelées chaînes de désintégration.
Le gaz rare radon 222 est radioactif. Il est créé dans la chaîne de désintégration de l’uranium. En raison de sa durée de demi-vie et de sa mobilité, le radon 222 parvient depuis le sol dans des maisons où il peut être aspiré par des êtres humains. D’autres nucléides naturels arrivent dans les denrées alimentaires via l’eau, des plantes ou des animaux ; ils parviennent finalement aux êtres humains.
Des radionucléides artificiels sont produits lors des réactions en chaîne provoquées par les êtres humains, à savoir la fission nucléaire, l’activation ou la spallation nucléaire :
- Lors de la fission nucléaire, un noyau atomique lourd se désintègre en deux noyaux presque aussi grands l’un que l’autre et en plusieurs neutrons rapides, libérant de l’énergie. La réaction de la fission nucléaire se produit spontanément, c’est-à-dire sans influence extérieure. Dans un réacteur, l’exposition de noyaux atomiques comme de l’uranium 235 à des neutrons lents augmentera fortement le taux de fission.
- On parle d’activation lorsque dans un réacteur, des noyaux atomiques capturent des neutrons et deviennent par-là radioactifs.
- La spallation nucléaire est une interaction, entre une particule à haute vitesse chargée et un noyau atomique, telle qu’elle peut être générée dans un accélérateur de particules. En fonction de l’énergie de la particule chargée, le noyau atomique peut voler en éclats et donner plusieurs fragments atomiques grands et petits.
Comportement de substances radioactives lors de la désintégration
Les substances radioactives d’origine naturelle ou artificielle se désintègrent. Un noyau instable est alors transformé en un autre noyau. Si un noyau atomique se désintègre en émettant des particules chargées, comme c’est aussi le cas lors de désintégrations alpha ou bêta, le chargement électrique du noyau se trouve modifié. Dans ce cas, des atomes d’un autre élément avec des propriétés chimiques différentes sont générés lors de la désintégration.
Le gaz rare radioactif « radon » ne fait pas de liaison chimique avec d’autres matériaux. Le radon est donc très volatile et ne reste pas dans les poumons après son inhalation. Il est ainsi rapidement expiré. Si, toutefois, le radon se désintègre dans les poumons ou dans l’air ambiant, des isotopes fils sont générés. Ceux-ci sont aussi désignés par le terme de « produits de désintégration du radon ». Ils possèdent de nouvelles propriétés chimiques et peuvent se lier avec d’autres atomes. Les produits de désintégration du radon inspirés sont absorbés dans les poumons et restent dans le corps où ils émettent des radiations lors de leur désintégration qui s’ensuit.
Chaque radionucléide a par ailleurs une demi-vie caractéristique. Il s’agit de la durée après laquelle la moitié des noyaux radioactifs existants se sont désintégrés. Elle va d’une fraction de seconde à des milliards d’années. Alors que l’uranium 218 (à ne pas confondre avec l’uranium 238) a par exemple une demi-vie de 6 millisecondes, celle du potassium 40 dépasse 1,2 milliard d’années.
Il s’agit du cinquième d’une série de quatorze articles sur la radioprotection. La sixième partie traite des effets biologiques des rayonnements ionisants.