Chaîne de désintégration 1160385 31077496 2008-06-27T19:15:23Z Thijs!bot 105469 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&nbsp;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]]&nbsp;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]]&nbsp;235, de l'[[uranium]]&nbsp;238, et du [[thorium]]&nbsp;232. La quatrième chaîne, celle du [[neptunium]]&nbsp;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&nbsp;238 (4500x10{{exp|6}}&nbsp;ans), on trouve toujours à l'équilibre dynamique une faible proportion de son descendant l'uranium&nbsp;234 (0,25×10{{exp|6}}&nbsp;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&nbsp;232 (plutonium&nbsp;240, uranium&nbsp;236) == [[Image:Thorium series.gif|right|500px]] Le plutonium&nbsp;240 est produit en réacteur à partir du plutonium&nbsp;239, par capture neutronique. La proportion de plutonium&nbsp;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&nbsp;236, et à échelle de temps géologique, par le [[thorium]]&nbsp;232 pratiquement stable (il est présent dans la croûte terrestre en quantité plus importante que l'uranium). {| border="1" class="wikitable" |----- ! 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 |----- | align="center"| [[Radium]] 224 || {{exp|224}}Ra | align="center"| [[Radioactivité α]] | align="center"| 3,63 jours |----- | 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 |----- | 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&nbsp;237 (plutonium&nbsp;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]]&nbsp;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&nbsp;239. Le plutonium&nbsp;241 possède un descendant radiotoxique, l'américium&nbsp;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&nbsp;241 est dominée par son descendant le neptunium&nbsp;237, dont la demi-vie est de 2 millions d'années. {| border="1" class="wikitable" |----- ! colspan="2" | [[Élément chimique]] ! [[radioactivité|Rayonnement]] ! [[Demi-vie]] |----- | align="center"| [[Plutonium]] 241 || {{exp|241}}Pu | align="center"| [[Radioactivité β]] | align="center"| 14,4 ans |----- | align="center"| [[Américium]] 241 || {{exp|241}}Am | align="center"| [[Radioactivité α]] | align="center"| 432,7 ans |----- | 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 | &nbsp; |} ==Famille 4n + 2 de l'uranium&nbsp;238 == L'uranium&nbsp;238 est l'isotope d'uranium qui représente plus de 99,3% de l'uranium naturel, il se désintègre naturellement en [[plomb]]&nbsp;206, stable et non radioactif. Parmi les descendants de l'uranium&nbsp;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"| &nbsp; |} <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&nbsp;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&nbsp;235 (plutonium&nbsp;239) == [[Image:Decay scheme U235.png|right|500px]] Le [[plutonium]]&nbsp;239 est un métal lourd artificiel, utilisé pour fabriquer des [[tête nucléaire|têtes nucléaires]] et du [[combustible MOX]]. Le plutonium&nbsp;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&nbsp;235, qui est 30&nbsp;000 fois moins radioactif que lui : en première approximation, le plutonium&nbsp;239 se convertit en uranium&nbsp;235 qui est un élément [[fissible]] et présent à 0,73% de l'uranium à l'état naturel. La chaîne de désintégration du plutonium&nbsp;239 se confond ensuite avec celle de l'uranium&nbsp;235. Une chaîne de désintégration simplifiée du plutonium&nbsp;239 est illustrée ci-dessous. {| border="1" class="wikitable" |----- ! colspan="2" | [[Élément chimique]] ! [[radioactivité|Rayonnement]] ! [[Demi-vie]] |----- | [[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"| &nbsp; |} Cette chaîne présente trois diverticules où les désintégrations successives α et β{{exp|-}} sont inversées : * L'[[actinium]]&nbsp;227 subit une [[radioactivité α]] dans 1,38% des cas, conduisant au [[francium]]&nbsp;223. <br> Celui-ci, très radioactif (de période ~22&nbsp;minutes), se désintègre majoritairement (à 99,994%) par une désintégration β{{exp|-}}, conduisant au [[radium]]&nbsp;223 de la branche principale. <br> Dans 0,006% des cas, le francium subit une désintégration conduisant à l'[[astate]]&nbsp;219. Celui-ci se désintègre avec une demi-vie de 56&nbsp;secondes. <br> Une minorité (~3%) des désintégrations de l'[[astate]]&nbsp;219 se fait en β{{exp|-}}, rejoignant la branche principale sur le [[radon]]&nbsp;219. <br> Le reste (~97%) subit une désintégration α, conduisant au [[bismuth]]&nbsp;215. Ce dernier se désintègre à 100% en [[polonium]]&nbsp;215, rejoignant la branche principale. * Le [[polonium]]&nbsp;215 subit une radioactivité β{{exp|-}} dans 0,000&nbsp;23% des cas, conduisant à l'[[astate]]&nbsp;215. <br> Celui-ci, très instable (une demi-vie de 0,1&nbsp;ms), subit une désintégration α qui lui fait rejoindre la branche principale sur le [[bismuth]]&nbsp;211. * Le [[bismuth]]&nbsp;211 subit une désintégration β{{exp|-}} dans 0,276% des cas, conduisant au [[polonium]]&nbsp;211, (d'une demi-vie de 0,516&nbsp;s). <br> Ce dernier se désintègre en [[plomb]]&nbsp;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]]