Generalites sur la radioactivite

GENERALITES SUR LA RADIOACTIVITE

Le phénomène de la radioactivité prend naissance au cœur de certains atomes.

Atome

Toute matière qui nous entoure est constituée d’atomes. L’atome est un élément de base de petite taille (de l’ordre de l’Angström ou 10⁻¹⁰m) qui permet de constituer notre univers.

Structure atomique
Chaque atome est constitué d’un noyau autour duquel il y a un nuage d’électrons. Le noyau est chargé positivement et les électrons sont chargés négativement .

Noyau atomique

Le noyau atomique a un diamètre environ 100.000 fois plus petit que celui de l’atome. Mais il concentre quasiment toute la masse de l’atome .

Constituants d’un noyau
Le noyau atomique est composé de nucléons (neutrons et protons). Les protons ont des charges positives et les neutrons ont des charges neutres.

Isotopes
Les noyaux ayant les mêmes nombres de protons Z et des nombres de nucléons A différents s’appellent isotopes.

Types de noyaux
Il existe deux types de noyaux: les noyaux stables et les noyaux instables. La variation du nombre de protons par rapport au nombre de neutrons, qui est due à l’interaction faible, influence la stabilité des noyaux :

– si Z=N, on a un noyau stable,
– si Z>> N, on a un noyau instable,
– si N>>Z, on a un noyau instable.

Aussi, les noyaux sont dits stables grâce aux forces nucléaires dominantes entre les nucléons. Ces noyaux ne subissent aucune transformation au cours du temps. Par contre, les noyaux instables se transforment au cours du temps jusqu’à l’état stable.

Radioactivité

La radioactivité a été découverte par le français Henri Becquerel en 1896 lorsqu’il constatait que des plaques photographiques placées à coté de sels d’uranium avaient été impressionnées.

Définition

La radioactivité est une transformation (ou désintégration) spontanée d’un noyau instable en un autre noyau qui peut être stable ou non avec émission de rayonnement. Les noyaux radioactifs sont appelés « radionucléides » . Il existe deux types de radioactivité:
– la radioactivité naturelle,
– la radioactivité artificielle.

Radioactivité naturelle 

Le type des radionucléides, qui est la source de cette radioactivité, a été synthétisé dans la nature.

Il existe deux groupes des radionucléides naturels [5]:
❖ les radionucléides primordiaux, c’est-à-dire, les radionucléides qui existaient depuis la création de la Terre et subsistent jusqu’à nos jours dans l’écorce terrestre. Ils ont des périodes radioactives suffisamment longues comparées à l’âge de la terre (~10⁹ ans) comme, par exemple, le potassium-40 ( ⁴⁰K). Notons que, parmi ces radionucléides primordiaux, trois radionucléides subissent une longue série de désintégrations avant d’aboutir à un noyau stable. Ces radionucléides sont l’uranium-238, l’uranium-235 et le thorium-232.
❖ les radionucléides d’origine galactique et solaire qui produisent en permanence des radionucléides comme le carbone-14, le béryllium-7, le sodium-22 ou le tritium-3.

Familles radioactives naturelles
Il existe trois (3) familles de radionucléides naturels. Ce sont la famille de l’uranium-238, la famille de de l’uranium-235 et celle du thorium-232. Celle qui nous intéresse, est la famille de l’uranium-238. Dans cette famille, le noyau père est l’uranium-238 ayant une période T= 4,5.10⁹ ans. Les éléments de la famille sont caractérisés par le nombre de masse 𝐴 =4𝑛+2 (pour l’uranium238, 𝑛=59). Le noyau père se désintègre en émettant des rayonnements 𝛼 et des rayonnements 𝛽 qui peuvent être accompagnés d’une émission 𝛾 jusqu’à l’isotope stable du plomb et non radioactif: le plomb-206.

GENERALITES SUR L’URANIUM-238 ET SUR LE SOL 

Uranium-238

L’uranium est un métal lourd radioactif et gris argenté présent dans la croûte terrestre à des concentrations de deux ou trois ppm (1 ppm = 1 mg.kg⁻¹) en moyenne. Cet élément chimique porte le symbole U et le numéro atomique 92. Il existait sur la terre depuis son origine et possède 3 isotopes naturels dont l’uranium-238 (99,2745%), l’uranium-235 (0,7200 %) et l’uranium-234 (0,0055%).

Minerai d’uranium

Généralement, l’uranium naturel se retrouve sous forme d’oxydes, de nitrates, de sulfates ou de carbonates. On a ainsi un minerai d’uranium. Par exemple, un uranium sous forme oxyde (se combinant avec l’oxygène) donne une pechblende. La pechblende est constituée de l’octaoxyde de triuranium (U3O8).

Concentration de l’uranium dans les différents milieux
L’uranium est omniprésent sur la Terre, c’est-à-dire, présent en tout lieu. Toutefois, ses concentrations varient dans les milieux. On peut le trouver, par exemple dans le sol, les roches,…

Toxicité de l’uranium naturel

L’uranium naturel possède deux types de toxicité lorsqu’il est introduit dans le corps humain: la toxicité chimique et la toxicité radiologique .

Toxicité chimique
Les organes critiques sont les reins. Cette toxicité entraîne le saturnisme et l’encéphalopathie.

Toxicité radiologique
Cette toxicité dépend de la longue présence de l’uranium dans les os. Les rayonnements 𝛼 et 𝛾 émis endommagent des différents tissus biologiques .

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Table des matières

Introduction
Première partie: Théorie de base
CHAPITRE 1: GENERALITES SUR LA RADIOACTIVITE
1.1. Atome
1.1.1. Structure d’un atome
1.1.2. Noyau atomique
1.2. Radioactivité
1.2.1. Définition
1.2.2. Décroissance radioactive
1.2.3. Types de radioactivité
1.2.4. Filiation radioactive
1.2.5. Familles radioactives naturelles
CHAPITRE 2: GENERALITES SUR L’URANIUM-238 ET SUR LE SOL
2.1. Uranium-238
2.1.1. Minerai d’uranium
2.1.2. Concentration de l’uranium dans les différents milieux
2.1.3. Caractéristique de l’uranium-238
2.1.4. Toxicité de l’uranium naturel
2.1.5. Radionucléides émetteurs γ de la famille de l’uranium-238
2.1.6. Interaction des rayonnements γ avec la matière
2.2. Sol
2.2.1. Horizon
2.2.2. Fixation et dispersion des radionucléides dans le sol
Deuxième partie: Méthodologie
CHAPITRE 3: SPECTROMETRIE GAMMA
3.1. Quelques définitions
3.1.1. Comptage
3.1.2. Temps de comptage
3.1.3. Evènement
3.1.4. Bruit de fond
3.2. Chaîne de spectrométrie gamma
3.2.1. Détecteur
3.2.2. Alimentation haute tension
3.2.3. Préamplificateur
3.2.4. Amplificateur
3.2.5. Convertisseur analogique numérique
3.2.6. Analyseur multicanaux
3.2.7. Micro-ordinateur avec logiciel de traitement de données
3.3. Analyse spectrale
3.3.1. Analyse qualitative
3.3.2. Analyse quantitative
CHAPITRE 4: PROCEDURE DE MESURE EN SPECTROMETRIE GAMMA
4.1. Etapes de préparation des échantillons
4.2. Pré-étalonnage
4.3. Etalonnage du spectromètre gamma
4.3.1. Définition
4.3.2. Etalon
4.3.3. Types d’étalonnage de la chaîne
4.4. Acquisition du bruit de fond
4.5. Analyse des spectres des échantillons
4.5.1. Localisation des pics
4.5.2. Identification des radionucléides
4.5.3. Calcul d’activité
4.6. Analyse par le logiciel Genie2000
4.6.1. Création d’une bibliothèque
4.6.2. Information sur l’échantillon
4.6.3. Analyse séquentielle
Troisième partie: Expérimentation
CHAPITRE 5: ECHANTILLONNAGE ET MESURE
5.1. Prélèvement
5.1.1. Lieu de prélèvement
5.1.2. Mode de prélèvement
5.2. Préparation des échantillons
5.2.1. Séchage
5.2.2. Elimination des impuretés et broyage
5.2.3. Mise en porte-échantillon
5.2.4. Conditionnement des échantillons
5.3. Mesure de l’échantillon
CHAPITRE 6: RESULTATS ET DISCUSSIONS
6.1. Résultats obtenus
6.1.1. Activités de radionucléides de la famille de l’uranium-238
6.1.2. Activités moyennes du plomb-214 et du bismuth-214 dans chaque échantillon
6.1.3. Activités moyennes de la famille de l’uranium-238 présents dans les échantillons
6.1.4. Allures des taux de comptages des échantillons et du bruit de fond
6.2. Discussions
Conclusion
Références bibliographiques
Annexes

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