Demi-vies de quelques isotopes radioactifs

Demi-vies de quelques isotopes radioactifs

On caractérise notamment la radioactivité d’un isotope par sa demi-vie, durée fixe propre à cet isotope au bout de laquelle la moitié des noyaux présents à un instant donné se seront désintégrés.

Gamme des ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques sont des entités qui caractérisent l'électromagnétisme, l'une des interactions fondamentales de la physique par lesquelles de l'énergie est transportée dans l'espace et le temps. Elles peuvent être décrites au moyen d'entités mathématiques appelées champ électrique et champ magnétique, ou encore avec des particules sans masse nommées photons.

Comme à la surface d'une mare dans laquelle on jette un caillou, ces ondes présentent des oscillations dont la fréquence est proportionnelle à l'énergie transportée. De façon équivalente, l'énergie transportée est inversement proportionnelle à la période spatiale de l'oscillation, dite "longueur d'onde".

Gamme des ondes électromagnétiques

DOSSIER
Les rayons du progrès

La radioactivité naturelle

Instable matière

Omniprésente mais d’intensités diverses, la radioactivité des matériaux naturels offre une multitude d’informations aux sciences de la Terre et de la vie.
par Éric HUMLER, Professeur et directeur du LPGN, Laboratoire de planétologie et de géodynamique (cnrs/Université de nantes)-http://www.sciences.univ nantes.fr/geol/UMR6112.
Éruption de l’Etna (Sicile) © CNRS Photothèque / Jean-Louis Cheminée (ER0224, Interactions fluides minéraux magma,

Quel est l’âge de la Terre ? Pourquoi y a-t-il des volcans ? Comment et quand l’atmosphère s’est-elle formée ? Quelle était la quantité de CO2 atmosphérique il y a 200 millions d’années ? Quand les dinosaures ont-ils disparu ? Quel âge a la momie de Toutankhamon ? Quel est celui d’un glacier ou celui de l’eau de source que vous buvez ? Ce sont là des questions auxquelles les chercheurs peuvent répondre en bonne partie grâce à des mesures de radioactivité.

Un phénomène naturel

La radioactivité naturelle résulte de la transformation spontanée (on dit plutôt transmutation) de certains noyaux atomiques en d’autres noyaux : ils se désintègrent en émettant des particules matérielles ou des ondes électromagnétiques. L’Homme est capable de créer lui-même des noyaux radioactifs ; on parle alors de radioactivité artificielle. On observe essentiellement trois types de radioactivité : l’émission de particules alpha (constituées de deux protons et deux neutrons, soit un noyau d’hélium), nommée radioactivité alpha ; la radioactivité bêta, qui correspond à l’émission d’un électron (rayonnement beta-) ou d’un positon (rayonnement beta+) ;l’émission d’ondes ou photons gamma, appelée radioactivité gamma. Ces rayonnements sont tous ionisants (cf. le glossaire). La chaleur du magma et le volcanisme sont entretenus par l’énergie que dégagent les isotopes radioactifs. Ces derniers existent aussi dans les roches, dans l’air... et même dans notre corps qui contient notamment du potassium40 et du carbone 14. La radioactivité est ainsi présente partout, sur Terre comme dans l’espace qui est traversé en permanence de rayonnements issus des réactions nucléaires produites dans les étoiles, parmi lesquels des ondes gamma très énergétiques constituant une part importante des rayons cosmiques.

Un moyen de connaissance

Dans un matériau, le nombre de noyaux d’un même isotope qui se désintègrent chaque seconde est une proportion constante, spécifique de cet isotope, du nombre de ces noyaux. On caractérise alors la radioactivité d’un isotope par sa demi-vie, durée fixe propre à cet isotope au bout de laquelle la moitié des noyaux présents à un instant donné se seront désintégrés. En mesurant la teneur de la croûte terrestre en isotopes de potassium,d’uranium ou de thorium qui ont des demi-vies très longues, on peut en déduire que la chaleur produite par l’intérieur de la Terre, il y a 4 milliards d’années, était 3,5 fois plus élevée qu’aujourd’hui. D’autres calculs, basés sur des rapports entre les teneurs de certains isotopes présents dans les roches, permettent de connaître l’âge de formation de celles-ci. Ainsi les mesures des géochimistes s’accordent-elles pour évaluer, de manière très fiable, à 4,55 milliards d’années l’âge de la Terre. De telles méthodes, sans cesse affinées,nous permettent non seulement de retracer l’histoire de phénomènes géologiques mais aussi de révéler des flux actuels de matières à la surface de la Terre, telles que ceux de sédiments. Elles sont par ailleurs appliquées pour dater la mort d’organismes dont on dispose de restes. Par exemple, tant qu’un organisme est en vie, ses cellules intègrent une proportion constante de carbone 14, un isotope du carbone produit en permanence par l’action des rayons cosmiques sur l’azote de l’atmosphère terrestre. Dès qu’il meurt, cette intégration cesse ; avant de devenir négligeable au-delà de 50 000 ans, la teneur en carbone 14, rapportée à celle du carbone 12 (qui, lui, est stable), peut indiquer l’époque de la mort à quelques années près.

En complément...

• Une radioactivité de tous les diables, Gérard Lambert, EDP Sciences, 2004

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La datation absolue des objets géologiques tel que roches, fossiles ou minéraux

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