Applications de la radioactivité

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.