Radyoaktivite - La Radioactivité

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La Radioactivité
1)L’atome:
Les atomes sont de petits grains de matière qui forment l'univers qui nous entoure et qui nous constitue. Ils ont la forme de sphères de diamètre environ égal à 10-10 m ou 1 angström. Le mot atome vient du grec et signifie " indivisible ". Les atomes sont composés d'un nuage électronique et d’un noyau. Ce noyau est constitué de deux types de nucléons (les particules constitutives du noyau d’un atome):

NOM: proton
PÈRE: Rutherford
POIDS: 1.66x10-27kg
PARTICULARITÉ: il porte une charge électrique positive:+e (avec e: charge élémentaire, équivaut à 1,6.10-19C) ; on peut le casser
RÔLE: le nombre de protons caractérise l'élément chimique . Les protons peuvent servir de projectiles dans les grands accélérateurs de particules en physique nucléaire. NOM: neutron
PÈRE: Chadwick
POIDS: 1.66x10-27kg
PARTICULARITÉ: il est électriquement neutre: sa charge électrique est de 0 C
RÔLE: le nombre de neutrons peut changer pour un même élément chimique: les isotopes. les neutrons se placent entre les protons pour une meilleure cohabitation entre ceux-ci. Enfin, ce sont eux qui servent dans la fission nucléaire.
Dans le nuage électrique, on trouve:

NOM: électron
PÈRE: Thomson
POIDS: 9.1x10-31kg
ADRESSE: autour du Noyau, Atome Ville
PARTICULARITÉ: il porte une charge négative: -e , il est constamment en mouvement.
RÔLE: les électrons rassemblent les atomes en molécules.


La plupart des noyaux atomiques présents dans la nature sont stables. Ils sont "immortels". Mais certains noyaux d’atomes sont instables. On dit qu’ils sont radioactifs.
2)Les atomes-frères ou isotopes
Pour un même élément chimique (même symbole, même numéro atomique), il existe plusieurs sortes d’atomes, appelés isotopes. Ces atomes ont donc le même nombre de protons, les mêmes propriétés chimiques mais pas le même nombre de neutrons. Certains isotopes sont stables, d'autres radioactifs.
On peut tout d'abord trouver des isotopes naturels:
La famille du carbone ( 6C ) comprend trois isotopes : le plus fréquent est le 12C qui est stable; il existe aussi des atomes 13C, et 14C (radioactif) qui servent pour la datation des objets d’origine vivante.
La famille de l’hydrogène ( 1H ) comprend trois isotopes : le plus fréquent est le 1H, il est stable ; il existe aussi les atomes 2H, appelés aussi Deutérium ( 2D ) qui sont lourds mais stables, et 3H, appelés aussi Tritium qui sont "super lourds" et donc radioactifs.

La famille de l'uranium comprend, elle, plusieurs isotopes, dont: l'uranium 235 (235U) et l'uranium 238 (238U), qui sont tous les deux radioactifs.
On peut aussi fabriquer des isotopes radioactifs qui n'existent pas dans la nature en bombardant des noyaux d'atomes stables avec des particules adaptées. ces isotopes sont beaucoup plus nombreux que les isotopes naturels.
1)Un peu d'histoire
Découverte de la radioactivité en 1896 par Henri Becquerel : la radioactivité naturelle existe dans l'univers depuis environ 15 milliards d'années. En 1896, Becquerel découvre que l'uranium émet un rayonnement inconnu. Le nom de radioactivité sera donné deux ans plus tard par Marie Curie. La théorie des réactions nucléaires est établie en 1903 par Rutherford et Soddy.
En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie découvrent la radioactivité artificielle: en bombardant une feuille d'aluminium avec des noyaux d'hélium (rayonnement a ), ils créent du phosphore 30, un isotope radioactif du phosphore 31 stable.
Otto Hahn et Fritz Strassman découvrent en 1938 la fission du noyau de l'atome d'uranium par les neutrons.
En 1939, Hans Halban, Frédéric Joliot-Curie et Lew Kowarski montrent que la fission de l'uranium s'accompagne d'une émission de neutrons, d'où la réaction en chaîne.
Enrico Fermi fait diverger le premier réacteur nucléaire appelé à l'époque pile atomique en 1942: il réalise la première réaction en chaîne de fission nucléaire contrôlée.
En 1944, les premiers réacteurs à grande puissance sont construits aux États-Unis.
Lew Kowarski, directeur de la CEA, fait diverger en 1948 le premier réacteur nucléaire français, la pile Zoé.
En 1953, le Centre d'Étude et de Recherche Nucléaire est créé en Europe (CERN) par les représentants des onze pays européens, à la suite d'une résolution adoptée lors de la cinquième Conférence de l'Unesco. Cet organisme a pour but la recherche sur la structure de la matière.
Pour la première fois, en 1960, on produit de l'électricité à partir de centrales nucléaires en France.
De 1974 à aujourd'hui, le nucléaire s'est beaucoup développé en France (78% de la production d'électricité), à le suite du choc pétrolier.
En 1986, la catastrophe de Tchernobyl se produit: Un des quatre réacteurs de la centrale située à environ 20 Km de la ville de Tchernobyl explose et provoque l'irradiation de la centrale et ses alentours. Le nuage radioactif dû à cette explosion touche surtout l'Ukraine et la Biélorussie, mais aussi l'Allemagne, la France, l'Italie, la Finlande, la Pologne et la Scandinavie.


2)La radioactivité naturelle
Parmi les isotopes de certains éléments chimiques, certains atomes sont instables, car ils ont " trop de neutrons ". Ces atomes peuvent donc casser spontanément et à tout moment. On dit qu’ils sont radioactifs. En cassant, ils libèrent un atome et une ou plusieurs particules.
Il existe trois sortes de particules :
Les particules alpha, α, qui sont constituées de deux protons et de deux neutrons. Elles correspondent en fait à un atome d’Hélium 42 He. Ces particules sont très peu pénétrantes, elles peuvent être arrêtées simplement par une feuille.

Les particules bêta, b, qui sont constituées d’un seul électron ou d’un positron. Elles sont peu pénétrantes et peuvent être arrêtées par une feuille d’Aluminium.

Les particules gamma, d, rayonnements très pénétrants. Elles ne sont arrêtées que par du béton ou du plomb.


Pourquoi les particules radioactives sont-elles dangereuses pour les être vivants ?
Les particules gamma envoient de l’énergie à l’intérieur de l’organisme. Les cellules se multiplient alors très vite : à forte dose, cela peut provoquer un cancer. Les particules peuvent aussi modifier note molécule d’ADN et donner ainsi naissance à des espèces mutantes, y compris chez les humains.
La radioactivité naturelle est un phénomène aléatoire, imprévisible et qui ne peut être contrôlé par l’homme.
Les utilisations de la radioactivité naturelle sont diverses :
En médecine :
- pour les diagnostiques, notamment dans les radiographies et les scanners ; les examens du milieu extérieur (intestins, colon, système gastrique), de la glande thyroïde, des veines, des artères et du système lymphoïde.
- pour certains soins, par la radiothérapie sur les cancers et les tumeurs.
En botanique, pour suivre l’évolution biologique de certaines plantes.
En archéologie, pour la datation des objets anciens d’origine biologique grâce au 14C
Dans la radiographie industrielle.

La radioprotection:

3)La fission
Les deux principales caractéristiques de la fission sont une grande libération d’énergie sous forme de chaleur et la réaction en chaîne.
L’uranium-235 (92 protons) est le seul élément naturel à pouvoir subir une fission par bombardement de neutrons, réalisée dans les réacteurs nucléaires. (Mais les noyaux artificiels d’uranium 233, de plutonium 239, et de plutonium 241 sont aussi utilisables pour la fission.). En effet, cet atome est très gros et peut donc être cassé facilement. L’absorption d’un neutron par un noyau d’uranium-235, appelé combustible nucléaire, libère 2 ou 3 neutrons (en moyenne 2,5 ). Ces neutrons amènent ensuite à la fission de plusieurs autres atomes en deux noyaux plus légers et souvent radioactifs, libérant à nouveau des neutrons supplémentaires qui entraînent des fissions nucléaires, ou réactions en chaîne. Cette fission nécessite des neutrons lents, or les neutrons émis lors de la fission sont rapides. Il faut donc les ralentir avec un modérateur.
L’uranium naturel ne contient que 0,7 % d’uranium-235. Le reste est composé d’uranium-238, non fissible, c’est-à-dire ne pouvant pas subir de fission. Ainsi, quelle que soit la quantité d’uranium naturel, elle ne peut être le siège d’une réaction en chaîne. C’est pourquoi l’uranium naturel est enrichi en uranium-235 avant d’être utilisé dans les centrales nucléaires. La fission d’un kilogramme d’uranium libère autant d’énergie que la combustion de 2 500 tonnes de charbon.

Une réaction en chaîne
4)La fusion
La fusion nucléaire est la réunion de plusieurs noyaux atomiques légers en un seul, plus lourd. Cette réaction provoque une très grande libération d’énergie. L’énergie que le soleil et les autres étoiles nous envoient sous forme de chaleur et de lumière provient de ce type de réaction qui se produit à leur surface. Pour l’homme, la fusion nucléaire n’en est encore qu’au stade de la recherche et n’a pas encore d’application. En effet, la réaction n’a encore été provoquée qu’en laboratoire et à très haute température : la quantité d’énergie ainsi obtenue est inférieure à la quantité d’énergie qu’elle nécessite. La fusion est réalisée à partir de deux isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium. ce dernier est radioactif et doit donc être préparé dans le réacteur thermonucléaire
1)Et les centrales, comment ça marche ?
Pour les centrales à eau sous pression, les plus courantes :
· Le combustible est de l’uranium enrichi en 235U.
· Le modérateur est du bore.
· Le fluide caloporteur est de l’eau (cette eau sert aussi de modérateur ).
Elles sont composées :
· du cœur du réacteur, où se produit la réaction en chaîne qui libère de l’énergie. Il est lui même composé du combustible, du modérateur et du fluide caloporteur.
· du circuit primaire, où se trouve la cuve contenant le cœur du réacteur, ainsi que des générateur de vapeur ou échangeurs de chaleur. L’eau y est maintenue à l’état liquide, malgré sa température de 320°C, grâce à des pressurisateurs.
· du circuit secondaire, où l’eau est transformée en vapeur d’eau après être passée dans les tubes du générateur de vapeur. Cette vapeur d’eau fait tourner un générateur à turbine.
· du circuit tertiaire, dans lequel l’eau provient d’une source d’eau froide extérieure et sert à condenser la vapeur d’eau du circuit secondaire.
La réaction en chaîne se produit dans le cœur du réacteur. La fission de l’Uranium nécessitent des neutrons lents; le modérateur, qui ralentit les neutrons, est indispensable. Des barres d'arrêt d'urgence, constituées d'un matériau absorbeur de neutrons (le cadmium par exemple), arrêtent immédiatement la réaction en chaîne en cas de situation anormale. Le liquide caloporteur extrait la chaleur issue de la réaction et l’emmène vers le générateur de vapeur par le circuit primaire. Lorsque l’eau du circuit secondaire passe dans les tubes du générateur de chaleur, elle est transformée en vapeur d’eau. Cette vapeur d’eau actionne un générateur à turbine avant d’être recondensée par l’eau froide du circuit tertiaire. Cette eau froide est souvent renvoyée dans une tour de réfrigération (d'où s'échappe du brouillard), y est refroidie et enfin rejetée dans un cours d'eau ou dans la mer.
Certains types de réacteurs n’ont qu’un circuit direct et n’ont pas d’échangeurs de chaleur : c’est le liquide caloporteur qui traverse le cœur du réacteur qui est ensuite vaporisé et qui actionne le générateur à turbine
Différents types de réacteurs
Les réacteurs nucléaires sont essentiellement caractérisés par :
· Le combustible
· Le modérateur
· Le fluide caloporteur ou fluide réfrigérant
Réacteurs à cycle direct, sans échangeurs de chaleur.
Réacteurs à eau Bouillante (REB ou BWR ) :
· Le combustible est de l’Uranium enrichi en 235U
· Le modérateur est de l’eau ordinaire
· Le fluide caloporteur est cette même eau, qui est directement vaporisée dans le cœur du réacteur.
Réacteurs graphite/gaz (UNGG) :
· Le combustible est de l’Uranium naturel
· Le modérateur est le graphite
· Le CO2 fait office de liquide caloporteur.
Réacteurs comprenant plusieurs circuits indépendants, avec échangeurs de chaleur
Réacteurs à eau pressurisée :
· Le combustible est de l’Uranium enrichi en 235U
· Le modérateur est du Bore
· Le fluide caloporteur est de l’eau ordinaire, qui sert aussi de modérateur.
Ce type de réacteur est le plus courant.
Voir schéma d'un réacteur à eau pressurisée.
Réacteurs RMBK :
· Le combustible est de l’Uranium enrichi en 235U
· Le modérateur est du Graphite.
· Le fluide caloporteur est de l’eau bouillante, qui sert également modérateur
L’accident de Tchernobyl s’est produit sur un réacteur de ce type.
Réacteurs à neutrons rapides :
· Le combustible est de l’Uranium très enrichi en 235U ou du Plutonium.
· Le liquide caloporteur est du Sodium liquide
· Avec ce type de combustible, la réaction nécessite des neutrons rapides, ces réacteurs n’ont donc pas de modérateurs.
Deux réacteurs de ce type ont été construis en France : Phœnix et Super phœnix.
La Période radioactive
La période radioactive se note T et se mesure en années. Elle correspond au temps moyen nécessaire à la désintégration de la moitié des atomes radioactifs d’un corps.
Exemple: Pour le 14C, dont la période est de 5670 ans, on dira que pour le 14C : T=5670 ans. Après 5670 ans , il restera donc la moitié des atomes radioactifs, après 11340 ans , il restera 1/4 des atomes radioactifs, et après 17010 ans , il restera 1/8 des atomes radioactifs…
L’activité radioactive
L’activité radioactive se mesure en Becquerels (Bq ) Curies (Ci ). Elle correspond au nombre moyen de désintégrations se produisant en une seconde. Une activité de 1 Bq correspond à une désintégration par seconde, une activité de 1 Ci correspond à 30 milliards de désintégrations par seconde.
Classement :
Les déchets nucléaires sont classés selon deux critères :
· l’intensité du rayonnement qu’ils émettent ou activité radioactive.
· la durée de leur nuisance ou période radioactive.
Trois catégories sont ainsi formées :
· La catégorie A regroupe les déchets à vie courte (c’est à dire dont la période est inférieure à 30 ans ) et dont l’activité est faible ou moyenne. Ceux-ci émettent principalement des rayonnements b et g . Ils représentent environ 90 % des déchets nucléaires en Volume.
· La catégorie B regroupe les de déchets de faible activité. Ils émettent principalement des rayonnements a , c’est pourquoi on les appelle aussi " déchets alpha ". Mais leur durée de vie est très longue et peut atteindre plusieurs milliers d’années !
· La catégorie C regroupe les déchets de très haute activité. Cependant, leur durée de vie est plus courte. Ils émettent principalement des rayonnements b et g au début et a ensuite.
Les déchets de la catégorie A proviennent directement du combustible nucléaire : ce sont les produits issus de la fission ou l’Uranium non utilisé. Lorsqu’ils sortent de la centrale, ils sont d’abord immergés dans des piscines en attendant une baisse de leur radioactivité. Ils sont ensuite envoyés vers des usines de retraitement, d’où sortent :
· l’ 238 U et l’ 235U ainsi que le 239P qui peuvent être réutilisés dans les réacteurs
· des déchets du type A, qui sont ensuite conditionnés dans du béton et stockés en surface, à la Hague ou dans les centres de stockage de l'ANDRA dans l'aube et la Manche.
· des déchets du type B et C, qui sont entreposés provisoirement sur les centres CEA ou dans les usines Cogema de la Hague et de Marcoule. En effet, il n'y a pas encore de solution à long terme, l'enfouissement de ces déchets est en projet, mais les avis sont partagés.



OU
1)Les "pour" et les "contre"
1. Certains sont pour et affirment que:
Le nucléaire aide au développement de l'économie: grâce à lui, la France produit aujourd'hui autant qu'elle n'en consomme.
Une centrale nucléaire produit plus d'énergie qu'une centrale thermique classique, une tonne de charbon produisant autant d'énergie qu'un gramme d'Uranium, et occupe beaucoup moins de place.
" Les ressources naturelles de la planète (gaz, charbon, pétrole notamment) étant de plus en plus rare, le nucléaire permet d'économiser ces ressources.
Les centrales nucléaires en fonctionnement coûtent globalement moins cher que les centrales à combustibles classiques, surtout dans les pays pauvres en ressources naturelles.
L'énergie nucléaire est la plus saine et la moins dangereuse pour l'environnement:
· les barrages (centrales hydrauliques) provoquent des modifications de l'environnement, entraînant des inondations, des glissements de terrain...
· contrairement aux centrales thermiques classiques, les centrales nucléaires ne rejètent pas de CO2. Leur utilisation permet donc de lutter contre l'effet de serre qui présente des dangers à court terme (les émissions de gaz à effet de serre sont pratiquement nulles)
Le nucléaire présente un atout pour l'emploi en France.
Le nucléaire contribue au maintien d'un haut niveau scientifique sur le territoire national.

2)D'autres sont contres car, selon eux:
la population n'a jamais été concertée avant le choix du nucléaire; il n'y a jamais eu de véritable débat public. Les gens ne sont pas assez informés sur les risques du nucléaires et surtout le danger des déchets.
Le système est dangereux: l'installation d'une centrale nucléaire nécessite des précautions énormes et coûte très cher; on ne peut pas être sûr d'une sécurité absolue (le risque zéro n'existe pas). Beaucoup d'accidents sont déjà survenus dans des centrales, par exemple en Pennsylvanie et en URSS (Tchernobyl).
Les déchets radioactifs posent un très gros problème : l'industrie nucléaire ne cesse d'en produire et on ne sait même pas quoi en faire. On les maintient donc en surface, ce qui met en danger les générations futures. De plus, le transport et l'entretient des déchets coûtent très cher.
Le nucléaire empêche le développement des énergies renouvelables comme les éoliennes, les centrales hydrauliques, ou, dans certaines régions, l'énergie solaire, pourtant moins polluantes et moins chères. Le gouvernement n'investit pas assez dans la recherche en énergies renouvelables.
Le nucléaire présente des risques pour la santé liés à la pollution radioactive due à toute installation nucléaire
Il risque de proliférer à des fins militaires.



2)Petit sondage dans un collège



Que penses-tu du nucléaire ?
93 élèves ont répondu au sondage
Si l’on te demande ton opinion sur l’énergie nucléaire, tu réponds (plusieurs réponses possibles) :
- le nucléaire pollue, c’est un danger pour l’environnement. 65 réponses
- le nucléaire, c’est plutôt bien, c’est plus sain que les centrales thermiques. 9 réponses
- mieux que le nucléaire, on devrait utiliser les énergies renouvelables : éoliennes, centrales hydrauliques. 51 réponses
- le nucléaire, c’est bien, c’est une énergie propre. 4 réponses
-autres :
· J'en ai entendu parlé mais je ne sais pas ce que c'est 4 réponses
· Il faut le supprimer, c'est dévastateur en cas d'accident (cf.: Tchernobyl) 2 réponses
· Pas d'avis 2 réponses
· le nucléaire donne beaucoup d'énergie mais pollue beaucoup 2 réponses
Tu penses que :
- la France doit continuer à produire de l’énergie par le nucléaire
oui: 12 réponses non: 33 réponses je ne sais pas: 47 réponses
- l’Allemagne a raison d’abandonner l’énergie nucléaire
oui: 44 réponses non: 7 réponses je ne sais pas: 41 réponses

En conclusion, tu es plutôt :
pour: 3 réponses contre: 25 réponses ni pour ni contre (le nucléaire a des bons et des mauvais côtés ): 27 réponses
je ne suis pas assez informé pour avoir un avis: 28 réponses



Les effets sur l'homme


mSv Effets sur l'homme en fonction des équivalents de dose
4500 Dose létale 50/60 (50 % mortalité en 60 jours si pas de traitement).
3000 Perte cheveux, rougeur de la peau.
2000 Atteinte moelle osseuse, anémie, infections, hémorragie.
1000 Nausées, vomissements.
300 Anomalies minimes sur formule sanguine (diminution de certains globules blancs).
50 Limite annuelle d'exposition pour les travailleurs.
5 Limite annuelle d'exposition pour la population.
1 à 2 Irradiation naturelle moyenne en France par an.
1 Radio pulmonaire (irradiation locale
 
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