Les trois rayonnements émis par les noyaux
Les noyaux radioactifs émettent trois sortes de rayonnements appelés par les physiciens alpha, bêta et gamma, les trois premières lettres de l’alphabet grec.
Carte des noyaux et modes de désintégrations
La carte des noyaux est coloriée en fonction des modes de désintégrations. Les noyaux stables, situés au fond de la vallée de stabilité, sont en noir. Les émetteurs bêta sont situés de part et d’autre cette ligne : les bêta-moins (en bleu) du côté excédentaire en neutrons, les bêta-plus (en orange) du côté excédentaire en protons. La ligne de stabilité se prolonge à droite par une zone dominée par les émetteurs alpha (en jaune). On remarque quelques noyaux très lourds qui subissent des fissions spontanées (en vert) et très loin de la ligne de stabilité une poignée de noyaux émetteurs de protons (en rouge) ou de neutrons (en mauve).
© NUCLEUS
L’habitude d’appeler rayons alpha, bêta et gamma les noyaux d’hélium, les électrons (et positrons) ou les photons émis lors de désintégrations radioactives remonte à l’époque de la découverte. Nourris de culture classique, les physiciens étaient alors férus de grec ancien.
L’appellation est demeurée. La découverte de « rayons » d’origine inconnue émis par des sels d’uranium faisait suite en 1896 à celles d’autres rayons dont on n’avait pas encore élucidé la nature : les rayons X et les rayons cathodiques. Il faudra longtemps pour comprendre l’origine des uns et des autres.
Schéma de désintégration
Ce noyau de radium-226, le radium de Marie Curie, se désintègre directement dans 94 % des cas en un noyau de radon et une particule alpha. Dans 6 % des cas, l’émission de la particule alpha laisse le noyau de radon dans un état excité. Très rapidement, le noyau excité se débarrasse de son énergie en excédent, en émettant un rayon gamma. L’habitude est de représenter les divers modes de désintégration d’un noyau au moyen de schémas de désintégration, comme celui représenté à droite de la figure. La radioactivité gamma accompagne généralement les transformations du noyau.
© IN2P3
Les désintégrations alpha, bêta, et gamma font intervenir les forces fortes, faibles et électromagnétiques présentes dans le noyau : le noyau évolue vers un état plus stable en émettant un rayonnement. Les deux principales causes d’instabilité sont un trop grand nombre de nucléons ou un déséquilibre entre les nombres de protons et de neutrons.
Dans le premier cas de la radioactivité alpha, le noyau recherche la stabilité en émettant un noyau d’hélium ou particule alpha. Dans le second cas, un neutron se transforme en un proton (ou l’inverse), avec émission d’un électron (ou un positon) : C’est la radioactivité bêta.
La radioactivité gamma est une simple désexcitation du noyau, de même nature que l’émission de lumière ou de rayons X par les atomes. Les désintégrations gamma sont généralement instantanées et suivent de très prés l’émission de particules alpha ou bêta. En effet, ces émissions laissent presque toujours le noyau dans un état excité.
Les désintégrations alpha et bêta ont en général du mal à se produire. Les durées de vie des noyaux radioactifs sont longues pour les horloges de l’infiniment petit, surtout dans le cas des alpha. Elle peuvent l’être aussi pour nous. Certains éléments radioactifs naturels comme l’uranium ou le thorium ont des durées de vie de quelques milliards d’années.
Ces émissions changent la composition du noyau, donc la nature de l’atome. Les radioactivités alpha et bêta ne transforment pas le plomb en or, mais transmutent la matière comme le font les autres réactions nucléaires.
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