Applications de la radioactivité

En clair. Datation, médecine

Ce qu'on te demande au bac (Spé Physique-Chimie) : maîtriser le vocabulaire de « Applications de la radioactivité », savoir refaire les raisonnements du cours et les réutiliser sur un sujet ou un document nouveau.

Conseil de révision. Lis d'abord cet encadré, puis fais le quiz : si tu bloques, reprends la partie du cours correspondante.

1. Datation

Carbone 14

Le ¹⁴C est produit dans la haute atmosphère par les rayons cosmiques. Les organismes vivants en contiennent une proportion constante. À la mort, l'apport cesse → décroissance.

$t = \dfrac{t_{1/2}}{\ln 2} \cdot \ln\!\left(\dfrac{A_0}{A}\right)$, avec $t_{1/2}(^{14}C) = 5\,730$ ans. Datation jusqu'à ~50 000 ans.

Uranium / Plomb

$^{238}U \to {^{206}}Pb$, $t_{1/2} = 4{,}5\cdot 10^9$ ans → datation géologique (Terre : 4,55 Ga).

Potassium-argon

Datation de roches volcaniques anciennes.

2. Médecine nucléaire

Imagerie

• Scintigraphie : injection de ⁹⁹ᵐTc (γ, $t_{1/2}$ = 6 h) → caméra à gamma → image fonctionnelle des organes.
• TEP (Tomographie par Émission de Positrons) : ¹⁸F-FDG (β⁺) → cancérologie.

Thérapie

• Radiothérapie externe : rayons γ de ⁶⁰Co ou accélérateur → destruction de tumeurs.
• Curiethérapie : sources radioactives implantées (¹²⁵I, ¹⁹²Ir).
• Radiothérapie métabolique : ¹³¹I pour cancer de la thyroïde.

3. Production d'énergie

• Centrales nucléaires : fission de ²³⁵U dans réacteur à eau pressurisée. Une centrale 1 GW = ~7 t U/an (vs 2 Mt charbon).
• Fusion : ²H + ³H → ⁴He + n + 17,6 MeV. Recherche ITER, plasma à ~150 millions °C.

4. Détecteurs

• Compteur Geiger-Müller : ionisation d'un gaz.
• Scintillateur : conversion en lumière.
• Chambre à bulles, à brouillard (historique).

5. Risques et radioprotection

Doses

• Activité : Bq (s⁻¹).
• Dose absorbée : Gy = J/kg.
• Dose équivalente : Sv = Gy × facteur de qualité du rayonnement.

Limites

Public : 1 mSv/an. Travailleurs : 20 mSv/an. Naturel moyen France : 2,4 mSv/an.

Principe ALARA

As Low As Reasonably Achievable : trois leviers = temps d'exposition, distance, écran (plomb pour γ, plexiglas pour β, eau pour neutrons).

6. Effets biologiques

• Déterministes (forte dose) : brûlures, syndrome aigu d'irradiation.
• Stochastiques (toute dose) : risque accru de cancers, mutations.

À retenir

• ¹⁴C → archéologie ; U-Pb → géologie.
• Médecine : diagnostic (⁹⁹ᵐTc, ¹⁸F) et thérapie (⁶⁰Co, ¹³¹I).
• Radioprotection : Temps, Distance, Écran.