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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 20 — #28
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CHAPITRE 1 – TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE
d’une particule de même masse que l’électron, mais de charge opposée. Dans les équations
nucléaires le positon est noté 0
1 e. Là encore, afin de respecter les lois de conservation de
l’énergie et de la quantité de mouvement, PAULI a constaté dès 1931 que la réaction s’accompagne de l’émission de particules appelées neutrinos (électroniques) et notées 0
0 ν e . Nous
proposons l’exemple de décomposition du potassium (isotope 38
19 K) :
38
19 K
=
38
18 Ar +
0
1 e +
0
0 ν e .
Notons la conservation du nombre de masse et la diminution de une unité du numéro
atomique.
Les positons ne préexistent pas dans le noyau, le processus correspond à la transformation d’un proton en neutron dans le noyau dont le bilan suivant peut rendre
compte :
1
1 p
=
1
0 n +
0
1 e +
0
0 ν e .
Pour un noyau de numéro atomique Z donné, il existe une valeur de (A − Z) désignant le
nombre de neutrons dans le noyau, qui assure la stabilité maximale des noyaux. Si un noyau
possède un excès de neutrons par rapport à cet optimum, on observe des désintégrations
de type β − . Si un noyau possède un défaut de neutrons (ou un excès de protons, ce qui est
équivalent), on observe des désintégrations de type β + . Il arrive fréquemment que l’émission
de particules s’accompagne de l’émission de rayonnement γ très énergétique car les noyaux
produits lors d’une transformation nucléaire sont souvent dans un état excité et ils émettent
un rayonnement γ en se désexcitant. Ce rayonnement γ peut éventuellement être canalisé
et utilisé. Nous proposons un exemple d’utilisation médicale : on utilise le cobalt (isotope
60
27 Co) pour le scalpel gamma, technique permettant de détruire une tumeur dans un endroit
comme le cerveau, quand la chirurgie est impossible. Dans une thérapie par scalpel gamma,
les rayons γ issus de la décomposition du noyau 60
27 Co selon le bilan :
60
27 Co
=
60
28 Ni
∗
+
0
−1 e +
0
0 ν e
et :
60
28 Ni
∗
=
60
28 Ni + photon γ
sont concentrés sur une tumeur localisée, permettant sa destruction. Dans les équations précédentes,
60
28 Ni
∗ désigne un noyau excité.
Réactions nucléaires provoquées
Il est possible de provoquer artificiellement des réactions nucléaires, par exemple en bombardant certains noyaux par des neutrons. Par cette méthode sont produits des noyaux artificiels, situés au-delà de l’uranium dans la classification périodique des éléments (éléments
transuraniens). Par exemple, le neptunium est formé par le processus :
238
92 U +
1
0 n
=
239
93 Np +
0
−1 e +
0
0 ν e .
Le neptunium Np évolue en plutonium Pu selon :
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CHAPITRE 1 – TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE
d’une particule de même masse que l’électron, mais de charge opposée. Dans les équations
nucléaires le positon est noté 0
1 e. Là encore, afin de respecter les lois de conservation de
l’énergie et de la quantité de mouvement, PAULI a constaté dès 1931 que la réaction s’accompagne de l’émission de particules appelées neutrinos (électroniques) et notées 0
0 ν e . Nous
proposons l’exemple de décomposition du potassium (isotope 38
19 K) :
38
19 K
=
38
18 Ar +
0
1 e +
0
0 ν e .
Notons la conservation du nombre de masse et la diminution de une unité du numéro
atomique.
Les positons ne préexistent pas dans le noyau, le processus correspond à la transformation d’un proton en neutron dans le noyau dont le bilan suivant peut rendre
compte :
1
1 p
=
1
0 n +
0
1 e +
0
0 ν e .
Pour un noyau de numéro atomique Z donné, il existe une valeur de (A − Z) désignant le
nombre de neutrons dans le noyau, qui assure la stabilité maximale des noyaux. Si un noyau
possède un excès de neutrons par rapport à cet optimum, on observe des désintégrations
de type β − . Si un noyau possède un défaut de neutrons (ou un excès de protons, ce qui est
équivalent), on observe des désintégrations de type β + . Il arrive fréquemment que l’émission
de particules s’accompagne de l’émission de rayonnement γ très énergétique car les noyaux
produits lors d’une transformation nucléaire sont souvent dans un état excité et ils émettent
un rayonnement γ en se désexcitant. Ce rayonnement γ peut éventuellement être canalisé
et utilisé. Nous proposons un exemple d’utilisation médicale : on utilise le cobalt (isotope
60
27 Co) pour le scalpel gamma, technique permettant de détruire une tumeur dans un endroit
comme le cerveau, quand la chirurgie est impossible. Dans une thérapie par scalpel gamma,
les rayons γ issus de la décomposition du noyau 60
27 Co selon le bilan :
60
27 Co
=
60
28 Ni
∗
+
0
−1 e +
0
0 ν e
et :
60
28 Ni
∗
=
60
28 Ni + photon γ
sont concentrés sur une tumeur localisée, permettant sa destruction. Dans les équations précédentes,
60
28 Ni
∗ désigne un noyau excité.
Réactions nucléaires provoquées
Il est possible de provoquer artificiellement des réactions nucléaires, par exemple en bombardant certains noyaux par des neutrons. Par cette méthode sont produits des noyaux artificiels, situés au-delà de l’uranium dans la classification périodique des éléments (éléments
transuraniens). Par exemple, le neptunium est formé par le processus :
238
92 U +
1
0 n
=
239
93 Np +
0
−1 e +
0
0 ν e .
Le neptunium Np évolue en plutonium Pu selon :
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