Carte des périodes des noyaux
Cette carte des noyaux montre la gamme extraordinairement étendue des durées de vie. On trouve au centre, le long de la ligne coloriée en noir, les noyaux stables ou ceux dont la période dépasse le milliard d'années. À l'inverse, les noyaux vivant une d'un fraction de seconde (coloriés en rouge) sont situés en bordure du diagramme ou dans un groupe de noyaux lourds très instables autour de 130 neutrons et 85 protons (appelé le trou alpha). On trouve au-delà, un îlot de relative stabilité (en mauve) comprenant des noyaux plus stables dont la durée de vie s'échelonne entre un an et quelques milliards d'années. Les deux noyaux naturels les plus lourds, le Thorium-232, et l'uranium-238, sont les points noirs isolés dans l'îlot.
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La loi de décroissance radioactive a été formulée dès 1903 par Rutherford et son élève Soddy, 5 ans avant la mise en évidence par Rutherford encore de l'existence du noyau atomique. Cette loi de décroissance est exponentielle. Elle est caractérisée par une quantité appelée période radioactive ou demi-vie.
La "période" d’un noyau radioactif est une de ses principales caractéristiques. La période donne une idée de la rapidité de sa désintégration et du temps pendant lequel il faudra prendre en compte sa radioactivité. C’est une durée dont la valeur peut aller de la fraction de seconde au milliard d’années.
C'est ainsi que trois noyaux radioactifs naturels possèdent une période supérieure au milliard d'années (potassium-40, thorium-232 et uranium 238) alors que la période du polonium 214, un descendant de ce même uranium 238, n'est que de 0,16 milliseconde.
La « période » d’un nucléide est définie comme le temps au bout duquel subsiste la moitié des noyaux existant à un instant donné. C’est pourquoi on l’appelle aussi « demi-vie ». Elle ne dépend pas de l’instant choisi. La quantité de noyaux non désintégrés diminue très vite avec le nombre de périodes. Ainsi, pour voir diviser d'un facteur mille la radioactivité d'un échantillon, il faut attendre dix périodes.
Un nucléide dont la période est d’un million d’années subsistera un million de fois plus longtemps qu’un autre dont la période est d’une année, mais il sera en compensation un million de fois moins radioactif.
Les courts temps de vie correspondent à des noyaux qui se désintègrent facilement, les longs temps de vie à des noyaux qui ont une plus grande difficulté à le faire.
À tout instant, le nombre de désintégrations est en proportion des noyaux restants et décroît de la même façon. Ceci permet de mesurer la période. En effet, alors qu'il est pratiquement impossible de compter des noyaux, il est facile de suivre, par exemple avec un compteur Geiger, l'évolution du rythme des désintégrations.
La période est une mesure commode de la rapidité de la décroissance, mais elle ne doit pas être confondue avec la durée de vie moyenne d'une espèce radioactive. Cete vie moyenne des noyaux, pour une décroissance radioactive simple, est égale à 1,443 fois la période.
Sujets voisins : Activité d'un radioélément, Désintégrations en cascade, Equilibre radioactif, Calculs de filiations
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