Radioactivité

Notions de base sur l'atome :

Un atome d'un élément chimique est représenté par un noyau constitué de nucléons (protons et neutrons), noyau autour duquel gravitent des électrons.

Les protons portent une charge positive. Les neutrons ne portent aucune charge électrique. Protons et neutrons ont pratiquement la même masse.
Les électrons sont des particules de masse 1836 fois plus petite que celle des protons (ou celle des neutrons). Les électrons portent une charge négative, égale en valeur absolue à celle du proton.

Il y a autant d'électrons dans un atome que de protons dans le noyau. L'atome est électriquement neutre.

Les électrons se déplacent autour des noyaux à des vitesses très grandes : de l'ordre de 1015 révolutions par seconde.

Les atomes sont très petits (de l'ordre de 0.1 nm). Les noyaux sont encore beaucoup plus petits que les atomes (environ 10 fm soit 10 000 fois plus petits). La densité du noyau est donc très grande : plus de 100 millions de tonnes par cm2. C'est dans le noyau qu'est concentrée toute la masse de l'élément.

Particule Symbole

Charge (multiple de 1.6 10-19 C)

 Masse (g)
Electron e- -1 9.109 x 10-28
Proton p +1 1.673 x 10-24
Neutron n 0 1.675 x 10-24

Par définition, le numéro atomique représente le nombre protons d'un noyau atomique. Il est noté Z.
Le nombre de masse A d'un atome est le nombre de nucléons (protons + neutrons) de son noyau.

Chaque nucléon est composé de particules élémentaires encore plus petites appelées quarks.

Pour plus d'informations sur la physique des particules élémentaires :
"La dance des quarks" -
"L'aventure des particules"

 

Les atomes d'un élément chimique ont le même nombre d'électrons et possèdent les mêmes propriétés chimiques.

Le mot isotope sert pour désigner les atomes d'un élément qui ont un nombre de neutrons différent. Par exemple, l'élément chimique Hydrogène a trois isotopes : hydrogène [1H], deutérium[2H] et tritium [3H].

Le tritium possédant un noyau instable est capable d'émettre des radiations, on dit que le tritium est un radionucléide. On dit encore que le tritium est radioactif. Il possède une activité qui représente le nombre de désintégrations du noyau par seconde (dps) ou par minute(dpm).

On connaît quatre types de radiations radioactives : alpha (noyau d'hélium), béta (électron béta moins) et gamma (rayonnement électromagnétique ou photon) et neutron.

 

On mesure l'activité des radionucléides utilisés en biologie (radiations béta et gamma) soit par un compteur Geiger-Muller soit par le compteur à ''scintillation liquide''.

La mesure s'exprime en unité nombre de coups par unité de temps (coups par minute cpm ou par seconde cps). Du fait d'une part que les appareils de mesure sont parasités par leur propre bruit de fond (provenant du circuit électronique de l'appareil) et que d'autre part les performances de détection diffèrent suivant la nature des rayonnements (rendement de comptage), il faut faire une correction de comptage afin d'obtenir l'activité réelle de l'élément radioactif. Pour obtenir la radioactivité exprimée en dpm, il faut donc pratiquement retrancher le bruit de fond puis tenir compte du rendement de comptage (exprimé en %).

Unités employées pour exprimer la radioactivité

Le phénomène de radioactivité est un mécanisme cinétique d'ordre 1. La loi cinétique de désintégration s'exprime :

vitesse de désintégration v = dN/dt = - kN ou LnN = - kt + LnNo.

N et No représentent le nombre d'atomes radioactifs au temps t et au temps zéro et k la constante de vitesse.
Par définition le temps de demi-vie ou période du radionucléide est le temps nécessaire pour que le nombre de radionucléides diminue de moitié.

Le becquerel (Bq) : radioactivité d’une quantité de nucléide radioactif pour laquelle le nombre de désintégrations émises par seconde (dps) est égal à un ( 1Bq = 1 dps ou 60 dpm)

Le curie (Ci) est une unité usuelle : radioactivité d’une quantité de nucléide radioactif nécessaire pour produire le même nombre de désintégrations que 1g de radium soit 3,7.1010 désintégrations par seconde ou 2,22.1012 désintégrations par minute (dpm). 1 Ci = 3,7.1010 Bq

Par définition la Radioactivité Spécifique sert pour exprimer le nombre de désintégrations exprimé soit en Ci soit en Bq par mg ou par ml de l'échantillon radioactif.

Radioéléments courants utilisés en Biologie et Biochimie :

Radioéléments 3H 14C 35S 59Fe 131I 40F 24Na 32P 42K
Particules b b b b,g b,g b,g b,g b b,g
Energie (Mev) 0.018 0.155 0.167 0.46 0.61 1.36 1.39 1.71 3.6 à 2
Période 12,4ans 5568ans 87,1j 45,1j 8,1j 1,3 milliards ans 15ans 14,3j 12,5h

Pour une présentatio plus détaillée, consultez les rubriques pédagogiques du site du CEA

Biochimie Structurale et Analytiqueã Danielle et Khanh Lê-Quôc 1999-2000