Chaîne de désintégration
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2008-06-27T19:15:23Z
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robot Ajoute: [[it:Catena di decadimento]]
La '''chaîne de désintégration''', ou '''chaîne radioactive''', ou encore '''désintégration en cascade''', désigne la série de désintégrations, apparaissant par transformation spontanée d'un [[radioisotope]] instable, permettant d'arriver à un élément chimique dont le [[noyau atomique]] est stable (c'est à dire non radioactif). Le [[plomb]] est généralement le point stable auquel les chaînes de désintégration s'arrêtent.
[[Image:Radioactive decay chains diagram.svg|right|300px|thumb|Les quatre chaînes de désintégration.]]
== Les chaînes de désintégration ==
Lors d'une simple désintégration, l'élément radioactif subit différents modes de désintégration : il peut émettre soit un rayonnement ([[Radioactivité α|alpha]], [[Radioactivité β#Désintégration β+|bêta plus]] ou [[Radioactivité β#Désintégration β-|bêta moins]], et se transforme en un autre élément appelé [[produit de désintégration]]. Le rayonnement α consiste en l'émission d'un noyau d'[[hélium]], constitué de deux neutrons et deux protons ; le rayonnement β{{exp|-}} consiste en l'émission d'un [[électron]] (chargé négativement) ; le rayonnement β{{exp|+}} par celle d'un [[positron]] (ou anti-électron, chargé positivement).
On définit ainsi une filiation radioactive comme la stabilisation du noyau instable appelé « mère » en une succession de désintégrations. Chaque étape est caractérisée par un état intermédiaire correspondant à un radionucléide appelé « fille » de l'élément mère. Une chaîne de désintégration peut être représentée graphiquement par un [[schéma de désintégration]], particulièrement utile lorsque la chaîne est complexe.
Pour certains éléments il peut se produire [[fission spontanée|spontanément]] non pas une désintégration, mais une [[fission nucléaire]], initialisant plusieurs chaînes de désintégration. Par exemple, l'uranium 235 se transforme dans une très faible proportion en deux [[produits de fission]] en émettant quelques [[neutron]]s. Un autre exemple est constitué par le [[californium]] 252, pour lequel le taux de [[fission spontanée]] est d'environ 3%.
Il n'y a que quatre chaînes de désintégration, compte tenu du mode de décroissance des [[actinide]]s : la [[radioactivité α]] fait perdre quatre nucléides, tandis que la [[Radioactivité β-|radioactivité β{{exp|-}}]] (et le cas échéant, la [[Radioactivité β+|radioactivité β{{exp|+}}]]) ne fait pas changer le nombre de nucléides. Pour cette raison, pratiquement toutes les désintégrations radioactives conduiront à un radionucléide dont le nombre de nucléides reste constant modulo quatre.
Trois de ces chaînes se rencontrent dans la nature : celles de l'[[uranium]] 235, de l'[[uranium]] 238, et du [[thorium]] 232. La quatrième chaîne, celle du [[neptunium]] 237, ne comporte que des radionucléides artificiels. Ces chaînes se prolongent en amont par les actinides artificiels [[transuranien]]s, plus lourds et plus instables.
À échelle des temps géologiques, c'est le radionucléide dont la [[demi-vie]] est la plus longue qui domine la chaîne. Quand ses descendants sont à l'équilibre, le nombre d'atomes d'un descendant dans le minerai est pratiquement proportionnel à sa demi-vie. Ainsi, accompagnant de l'uranium 238 (4500x10{{exp|6}} ans), on trouve toujours à l'équilibre dynamique une faible proportion de son descendant l'uranium 234 (0,25×10{{exp|6}} ans) dans une proportion de 0.25/4500=0,0056%. Mais l'activité d'un radionucléide étant inversement proportionnelle à sa durée de vie, chaque maillon de la chaîne a finalement la même contribution en terme de nombre de désintégration par seconde ([[becquerel]]) : l'activité globale d'une chaîne de désintégration à l'équilibre est celle de son maillon dominant, multipliée par le nombre d'étapes de la chaîne. En particulier, pour un minerai d'uranium (majoritairement {{exp|238}}U), la radioactivité due au radon est du même niveau que celle due à l'uranium proprement dit, c'est à dire 7% de la radioactivité globale (parce que la chaîne de désintégration a quatorze étapes).
== Famille 4n + 0 du thorium 232 (plutonium 240, uranium 236) ==
[[Image:Thorium series.gif|right|500px]]
Le plutonium 240 est produit en réacteur à partir du plutonium 239, par capture neutronique. La proportion de plutonium 240 dans les produits d'activation de l'uranium sera d'autant plus élevée qu'il aura subit une irradiation prolongée en réacteur. À long terme, la radioactivité du Pu 240 est dominée d'abord par l'uranium 236, et à échelle de temps géologique, par le [[thorium]] 232 pratiquement stable (il est présent dans la croûte terrestre en quantité plus importante que l'uranium).
{| border="1" class="wikitable"
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! colspan="2" | [[Élément chimique]]
! [[radioactivité|Rayonnement]]
! [[Demi-vie]]
|-----
| align="center"| [[Plutonium]] 240 || {{exp|240}}Pu
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 6560 ans
|-----
| align="center"| [[Uranium]] 236
|| {{exp|236}}U
| align="center" | [[Radioactivité α]]
| align="center" | 23 millions d'années
|-----
| align="center" bgcolor="yellow"| [[Thorium]] 232
|bgcolor="yellow"| {{exp|232}}Th
| align="center" bgcolor="yellow"| [[Radioactivité α]]
| align="center" bgcolor="yellow"| 14,05×10{{exp|9}} a
|-----
| align="center"| [[Radium]] 228 || {{exp|228}}Ra
| align="center"| [[Radioactivité β|Radioactivité β{{exp|-}}]]
| align="center"| 5,75 ans
|-----
| align="center"| [[Actinium]] 228 || {{exp|228}}Ac
| align="center"| [[Radioactivité β|Radioactivité β{{exp|-}}]]
| align="center"| 6,15 heures
|-----
| align="center"| [[Thorium]] 228 || {{exp|228}}Th
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 1,19 an
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| align="center"| [[Radium]] 224 || {{exp|224}}Ra
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 3,63 jours
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| align="center"| [[Radon]] 220 || {{exp|220}}Rn
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 55,6 s
|-----
| align="center"| [[Polonium]] 216 || {{exp|216}}Po
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 0,145 s
|-----
| align="center"| [[Plomb]] 212 || {{exp|212}}Pb
| align="center"| [[Radioactivité β|Radioactivité β{{exp|-}}]]
| align="center"| 10,64 h
|-----
| align="center"| [[Bismuth]] 212 || {{exp|212}}Bi
| align="center"| [[Radioactivité β|Radioactivité β{{exp|-}}]]
| align="center"| 60,55 min
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| align="center"| [[Polonium]] 212 || {{exp|212}}Po
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 0,3 μs
|-----
| align="center" bgcolor="yellow"| [[Plomb]] 208
|bgcolor="yellow"| {{exp|208}}Pb
| align="center" bgcolor="yellow"| Stable
| align="center" bgcolor="yellow"| -
|}
==Famille 4n + 1 du neptunium 237 (plutonium 241)==
Cette série est entièrement artificielle. La durée de vie de cette série est insuffisante pour que l'on en trouve des traces minéralogiques.
Le [[plutonium]] 241 est un [[isotope fissile]], mais rarement utilisé séparément en raison de la difficulté à le produire en grande quantité, du coût élevé de sa production, de sa demi-vie brève, et de sa radioactivité plus élevée que celle du plutonium 239. Le plutonium 241 possède un descendant radiotoxique, l'américium 241, qui, s'il s'accumule dans les tissus, en particulier les reins et les os, y crée un danger semblable à celui du plutonium.
À long terme (échelle du millénaire) la radioactivité du plutonium 241 est dominée par son descendant le neptunium 237, dont la demi-vie est de 2 millions d'années.
{| border="1" class="wikitable"
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! colspan="2" | [[Élément chimique]]
! [[radioactivité|Rayonnement]]
! [[Demi-vie]]
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| align="center"| [[Plutonium]] 241 || {{exp|241}}Pu
| align="center"| [[Radioactivité β]]
| align="center"| 14,4 ans
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| align="center"| [[Américium]] 241 || {{exp|241}}Am
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 432,7 ans
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| align="center" bgcolor="yellow"| [[Neptunium]] 237
|bgcolor="yellow"| {{exp|237}}Np
| align="center" bgcolor="yellow"| [[Radioactivité α]]
| align="center" bgcolor="yellow"| {{formatnum:2140000}} ans
|-----
| align="center"| [[Protactinium]] 233 || {{exp|233}}Pa
| align="center"| [[Radioactivité β]]
| align="center"| 27 j
|-----
| align="center"| [[Uranium]] 233 || {{exp|233}}U
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| {{formatnum:159000}} ans
|-----
| align="center"| [[Thorium]] 229 || {{exp|229}}Th
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| {{formatnum:75400}} ans
|-----
| align="center"| [[Radium]] 225 || {{exp|225}}Ra
| align="center"| [[Radioactivité β]]
| align="center"| 14,9 j
|-----
| align="center"| [[Actinium]] 225 || {{exp|225}}Ac
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 10 j
|-----
| align="center"| [[Francium]] 221 || {{exp|221}}Fr
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 4,8 min
|-----
| align="center"| [[Astate]] 217 || {{exp|217}}At
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 32 ms
|-----
| align="center"| [[Bismuth]] 213 || {{exp|213}}Bi
| align="center"| [[Radioactivité α]]
| align="center"| 46,5 min
|-----
| align="center"| [[Thallium]] 209 || {{exp|209}}Tl
| align="center"| [[Radioactivité β]]
| align="center"| 2,2 min
|-----
| align="center"| [[Plomb]] 209 || {{exp|209}}Pb
| align="center"| [[Radioactivité β]]
| align="center"| 3,25 h
|-----
| align="center" bgcolor="yellow"| [[Bismuth]] 209
|bgcolor="yellow"| {{exp|209}}Bi
| align="center" bgcolor="yellow"| [[Radioactivité α]]
| align="center" bgcolor="yellow"| ~19 [[trillion]]s d'années
|-----
| align="center"| [[Thallium]] 205 || {{exp|205}}Tl
| align="center"| stable
|
|}
==Famille 4n + 2 de l'uranium 238 ==
L'uranium 238 est l'isotope d'uranium qui représente plus de 99,3% de l'uranium naturel, il se désintègre naturellement en [[plomb]] 206, stable et non radioactif. Parmi les descendants de l'uranium 238, le [[radon]] est un gaz radiotoxique qui peut provoquer le cancer du poumon en cas d'inhalation.
{| border="1" class="wikitable"
|-----
! colspan="2" | [[Élément chimique]]
! [[radioactivité|Mode de désintégration]]
! Observable en spectrométrie gamma
! [[Demi-vie]]
|-----
|bgcolor="yellow"| [[Uranium]] 238
|bgcolor="yellow"| {{exp|238}}U
|bgcolor="yellow"| [[Radioactivité α]]
|bgcolor="yellow"|
|bgcolor="yellow"| ~4,5 milliards d'années
|-----
| [[Thorium]] 234 || {{exp|234}}Th || [[Radioactivité β]] || oui
| 24 j
|-----
| [[Protactinium]] 234 || {{exp|234}}Pa || [[Radioactivité β]] || oui
| 1,2 min
|-----
| [[Uranium]] 234 || {{exp|234}}U || [[Radioactivité α]] ||
| {{formatnum:250000}} ans
|-----
| [[Thorium]] 230 || {{exp|230}}Th || [[Radioactivité α]] || oui
| {{formatnum:75000}} ans
|-----
| [[Radium]] 226 || {{exp|226}}Ra || [[Radioactivité α]] || oui
| {{formatnum:1600}} ans
|-----
| [[Radon]] 222 || {{exp|222}}Rn || [[Radioactivité α]] ||
| 3,8 j
|-----
| [[Polonium]] 218 || {{exp|218}}Po || [[Radioactivité α]] ||
| 3 min
|-----
| [[Plomb]] 214 || {{exp|214}}Pb || [[Radioactivité β]] || oui
| 27 min
|-----
| [[Bismuth]] 214 || {{exp|214}}Bi || [[Radioactivité β]] || oui
| 20 min
|-----
| [[Polonium]] 214 || {{exp|214}}Po || [[Radioactivité α]] ||
| 160 μs
|-----
| [[Plomb]] 210 || {{exp|210}}Pb || [[Radioactivité β]] || oui
| 22,3 ans
|-----
| [[Bismuth]] 210 || {{exp|210}}Bi || [[Radioactivité β]] ||
| 5 j
|-----
| [[Polonium]] 210 || {{exp|210}}Po || [[Radioactivité α]] ||
| 138 j
|-----
|bgcolor="yellow"| [[Plomb]] 206
|bgcolor="yellow"| {{exp|206}}Pb
|bgcolor="yellow"| stable
|bgcolor="yellow"|
|bgcolor="yellow"|
|}
<small>Source : Le tableau provient de "La Gazette Nucléaire", n°221/222, juin 2005
[http://resosol.org/Gazette/2005/221222_p04mines.html]</small>
La longue demi-vie de l'uranium 238 explique qu'on en trouve encore sur Terre à l'état naturel et qu'il n'ait pas encore été complètement transformé en plomb.
== Famille 4n + 3 de l'uranium 235 (plutonium 239) ==
[[Image:Decay scheme U235.png|right|500px]]
Le [[plutonium]] 239 est un métal lourd artificiel, utilisé pour fabriquer des [[tête nucléaire|têtes nucléaires]] et du [[combustible MOX]]. Le plutonium 239 est aussi contenu dans certains [[déchet radioactif|déchets radioactifs]], il est cependant difficile à détecter.
Il se désintègre dans sa première étape en uranium 235, qui est 30 000 fois moins radioactif que lui : en première approximation, le plutonium 239 se convertit en uranium 235 qui est un élément [[fissible]] et présent à 0,73% de l'uranium à l'état naturel. La chaîne de désintégration du plutonium 239 se confond ensuite avec celle de l'uranium 235. Une chaîne de désintégration simplifiée du plutonium 239 est illustrée ci-dessous.
{| border="1" class="wikitable"
|-----
! colspan="2" | [[Élément chimique]]
! [[radioactivité|Rayonnement]]
! [[Demi-vie]]
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| [[Plutonium]] 239 || {{exp|239}}Pu || [[Radioactivité α]]
| {{formatnum:24110}} ans
|-----
|bgcolor="yellow"| [[Uranium]] 235
|bgcolor="yellow"| {{exp|235}}U
|bgcolor="yellow"| [[Radioactivité α]]
|bgcolor="yellow"| {{formatnum:704000000}} ans
|-----
| [[Thorium]] 231 || {{exp|231}}Th
| [[Radioactivité β]]
| 25,2 h
|-----
| [[Protactinium]] 231
| {{exp|231}}Pa
| [[Radioactivité α]]
| {{formatnum:32700}} ans
|-----
| [[Actinium]] 227 || {{exp|227}}Ac || [[Radioactivité β]]
| 21,8 ans
|-----
| [[Thorium]] 227 || {{exp|227}}Th || [[Radioactivité α]]
| 18,72 j
|-----
| [[Radium]] 223 || {{exp|223}}Ra || [[Radioactivité α]]
| 11,43 j
|-----
| [[Radon]] 219 || {{exp|219}}Rn
| [[Radioactivité α]] || 3,96 s
|-----
| [[Polonium]] 215|| {{exp|215}}Po || [[Radioactivité α]]
| 1,78 ms
|-----
| [[Plomb]] 211 || {{exp|211}}Pb || [[Radioactivité β]]
| 36,1 min
|-----
| [[Bismuth]] 211 || {{exp|211}}Bi
| [[Radioactivité α]] || 2,15 min
|-----
| [[Thallium]] 207|| {{exp|207}}Tl || [[Radioactivité β]]
| 4,77 min
|-----
|bgcolor="yellow"| [[Plomb]] 207
|bgcolor="yellow"| {{exp|207}}Pb
|bgcolor="yellow"| stable
|bgcolor="yellow"|
|}
Cette chaîne présente trois diverticules où les désintégrations successives α et β{{exp|-}} sont inversées :
* L'[[actinium]] 227 subit une [[radioactivité α]] dans 1,38% des cas, conduisant au [[francium]] 223. <br> Celui-ci, très radioactif (de période ~22 minutes), se désintègre majoritairement (à 99,994%) par une désintégration β{{exp|-}}, conduisant au [[radium]] 223 de la branche principale. <br> Dans 0,006% des cas, le francium subit une désintégration conduisant à l'[[astate]] 219. Celui-ci se désintègre avec une demi-vie de 56 secondes. <br> Une minorité (~3%) des désintégrations de l'[[astate]] 219 se fait en β{{exp|-}}, rejoignant la branche principale sur le [[radon]] 219. <br> Le reste (~97%) subit une désintégration α, conduisant au [[bismuth]] 215. Ce dernier se désintègre à 100% en [[polonium]] 215, rejoignant la branche principale.
* Le [[polonium]] 215 subit une radioactivité β{{exp|-}} dans 0,000 23% des cas, conduisant à l'[[astate]] 215. <br> Celui-ci, très instable (une demi-vie de 0,1 ms), subit une désintégration α qui lui fait rejoindre la branche principale sur le [[bismuth]] 211.
* Le [[bismuth]] 211 subit une désintégration β{{exp|-}} dans 0,276% des cas, conduisant au [[polonium]] 211, (d'une demi-vie de 0,516 s). <br> Ce dernier se désintègre en [[plomb]] 207, stable, par une décroissance α.
==Voir aussi==
===Liens internes===
*[[Demi-vie]]
*[[Tableau périodique des éléments]]
===Sources et liens externes===
* [http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ Carte interactive des nucléides]
* http://www.ieer.org/ensec/no-3/no3frnch/transfor.html IEER énergie et sécurité n°3, 1998 : La transformation du plutonium
* http://www.ccnr.org/decay_U238_f.html Canadian Coalition for Nuclear Responsibility : la transformation de l'uranium
{{portail physique}}
[[Catégorie:Physique nucléaire]]
[[ast:Desintegración]]
[[ca:Cadena de desintegració]]
[[cs:Rozpadová řada]]
[[de:Zerfallsreihe]]
[[en:Decay chain]]
[[es:Desintegración]]
[[it:Catena di decadimento]]
[[nl:Vervalreeks]]
[[pl:Szereg promieniotwórczy]]
[[sv:Sönderfallskedja]]