Décroissance radioactive

Exercice dynamique : Décroissance Radioactive du Neptunium 237

Situation :

• Dans l'animation présentée par défaut, on observe la courbe de désintégration au cours du temps (axe gradué en années, a), d'un noyau radioactif de neptunium 237, noté ²³⁷Np dont le numéro atomique est Z = 93.

Procédure :

• Arrêter l'animation, modifier la position du Point Tmax et du Point M afin d'observer la décomposition des noyaux pères instables en noyaux fils stables

Questions (résolues) :

• Le ²³⁷Np peut être produit dans un réacteur nucléaire par la capture de neutrons par l’uranium, mais aussi lors d'explosions nucléaires atmosphériques (essais militaires). Tous les isotopes du neptunium Np (Z = 93) sont radioactifs et émetteurs alpha. Le neptunium 237, ²³⁷Np, est celui qui présente la plus longue période radioactive.

1. Donner la définition de l'activité radioactive A d'un échantillon en précisant son unité de mesure.

2. L'activité de l'échantillon est une donnée aléatoire dans l'animation. Donner la valeur l'activité initiale A0 de l'échantillon dans l'animation.

3. Donner la définition d'une période radioactive.Quelle est la durée de la période radioactive du Neptunium 237, ²³⁷Np dans l'animation ?

4. Sachant que le neptunium 237 est un émetteur alpha, écrire sa réaction de désintégration. Quel est le noyau fils obtenu ?

Étude documentaire (résolue) :

• En 1999, les rejets de Neptunium 237,²³⁷Np, dans les effluents liquides pour l’usine de traitement des déchets nucléaires de La Hague (Presqu'île du Cotentin, France) se sont élevés à 2×10⁸ Bq (source IRSN :Fiche radionucléide - Neptunium 237 et environnement, page 3, Rousselle-Debet et al, IRSN, 2001, http://www.irsn.fr/).

1. En supposant qu'il n'y a plus eu de rejets de déchets radioactifs supplémentaires depuis 1999 à l’usine de La Hague, au bout de combien de temps peut-on espérer atteindre une activité négligeable (inférieure à 10⁵ Bq) ?

Entrainement :

• En actualisant les données, vous pouvez reprendre l'exercice avec des données différentes.

Résolution : La décroissance radioactive du Neptunium 237

• 1) On définit l'activité A d'un échantillon radioactif par le nombre moyen de désintégrations dans cet échantillon à chaque seconde, et sont unité est le becquerel (Bq).

• 2) Les valeurs proposées dans l'animation sont très variables et bien souvent supérieures à l'activité naturelle (environ 1×10⁵ Bq).

• 3) La période radioactive (ou durée de demi-vie) est la durée au bout de laquelle le nombre de noyaux radioactifs est divisée par deux, environ T = 2,15 Milliards d'années.

  • 4) Le neptunium 237 est radioactifs et émetteur alpha. Son équation de désintégration est : ²³⁷₉₃Np ---> ⁴₂He + ²³³₉₁Pa . Le noyau fils est donc le protactinium 233.

• Étude Documentaire) Pour 11 périodes radioactives on a l'activité du Neptunium 237 vaudra : A = 2×10⁸ Bq/2¹¹ < 1×10⁵ Bq, c-à-dire au bout d'une durée de t = 11×2,14 = 23,5 Milliards d'années environ, l'activité du Neptunium 237 deviendra négligeable...