N.B. : Présente tout au long de l'exposé, cette page a pour vocation de répondre aux interrogations que pourraient se poser les élèves au sujet de certaines notions liées au nucléaire.

       III Notions fondamentales

       Avant de s'intéresser aux différents risques liés au nucléaire, il faut préalablement comprendre quelques notions fondamentales liées aux atomes et à toutes les réactions/transformations auxquelles ils participent.

       1°. Rappels sur les atomes

       Nous mêmes et tout ce qui nous entoure sommes constitués d'atomes liés entre-eux pour
former des molécules comme l'eau constituée de 2 atomes d'Hydrogène et d'1 atome d'Oxygène
(H2O) ou le diazote, principal constituant de l'air, constitué de 2 atomes d'Azote (N2).

         Tous ces atomes sont eux-mêmes constitués d'un noyau autour duquel gravitent des
électrons, particules chargées négativement. A l'intérieur du noyau, on trouve d'aures
particules : les neutrons (ayant une charge neutre) et les protons (particules chargées
positivement).

         Pour faire figurer toutes ces informations, on note un atome de la façon suivante :    
      
A représente le nombre de nucléons (neutrons + protons)
      Z correspond au numéro atomique de l'atome ; c'est à dire à son nombre de
      protons
      X est le symbole de l'atome

      Un atome est électriquement neutre ; son nombre d'électrons e- est donc
      donné  par son  nombre de protons Z (autant de + que de - ). De plus, le       nombre de neutrons est obtenu en soustrayant le nombre de protons Z au       nombre de nucléons A ( nb de neutrons = Z-A).
                                                                                                                                                                         
                                                              Représentation d'un atome
                                                                                                                                                                                                 Source : images google

       2°. Notion de Radioactivité

    La plupart des noyaux de tous les atomes sont stables ; c'est à dire qu'ils ne
subissent jamais de changement / de transformation et restent donc en tout point
identiques au fil du temps.
     A l'inverse, d'autres noyaux appartenant à des atomes précis sont instables :
ils sont dits radioactifs. Ces atomes vont ainsi, à un moment donné de leur "vie",
expulser spontanément des particules émettant alors des rayonnements et de
l'énergie : on dit que les atomes se désintègrent. Du coup, chaque atome (dans la
mesure où il a expulsé des particules), va se transformer en un atome différent qui
peut être stable ou non.
     S'il ne l'est pas, il se désintègrera lui-aussi et ainsi de suite jusqu'à l'obtention d'un atome stable. L'ensemble des descendants de l'atome initial forme alors une famille radioactive ; c'est par exemple le cas de l'Uranium 238 qui est la tête de
l'une de ces familles : il se désintègre pour former le Radium 226 qui lui même se
désintègre pour former le Radon 222... et ce juqu'au Plomb 206 stable.                                    Représentation de la désintégration d'un noyau
                                                                                                                                                                                                 lourd radioactif
                                                                                                                                                                   Source : "La Radioactivité" des éditions PEMF

       C'est justement la capacité de certains noyaux d'atomes instables à se désintégrer pour se transformer spontanément en d'autres noyaux plus stables qui est appelée radioactivité. Cette radioactivité s'accompagne obligatoirement de l'émission de rayonnements et d'énergie. C'est un phénomène tout à fait naturel qui ne peut être stoppé.

       3°. Les différents rayonnements émis et leurs caractéristiques    

         Les principaux rayonnements émis par les radionucléides (= noyaux d'atomes radioactifs) lors de leur désintégration sont les rayonnements alpha, bêta (bêta + et bêta -) et gamma dont les principales caractéristiques figurent dans le tableau qui suit. 

Caractéristiques Type de rayonnement	Particules expulsées	Vitesse d'expulsion des particules	Conséquences sur le noyau de l'atome
Alpha	Noyaux d'Hélium "rapides"                                4                                2 He	15 000 km./s	L'atome se transforme car son noyau a perdu 2 protons et 2 neutrons (donc 4 nucléons). C'est une transmutation de matière
Bêta +	Positons (e+)	270 000 km/s	Il y a une perte de positons (électrons positifs) qui se produit. De plus, on assiste à la transformation d'un proton en neutron (= 1 neutrino). La masse de l'atome reste donc là encore la même, mais le numéro atomique Z de l'atome a diminué d'1 unité.
Bêta -	Electrons (e-)	270 000 km/s	Il y a une perte d'électrons qui se produit. De plus, on assiste à la transformation d'un neutron en proton (= 1 antineutrino).La masse de l'atome reste donc la même mais le numéro atomique Z de l'atome a augmenté d'1 unité.
Gamma	Aucune particule expulsée	Rayonnement électromagnétique expulsé à la vitesse de la lumière (300 000 km/s)	Ce rayonnement est différent des 3 autres : il s'agit d'un rayonnement électromagnétique (mêmes caractéristiques que la lumière visible. Ce rayonnement accompagne les émission Alpha et Bêta : il se caractérise par un flux de photons pendant la durée mise par le noyau pour redevenir stable.

         Tous ces rayonnements sont qualifiés de rayonnements ionisants ; c'est à dire que ce sont des rayonnements capables de faire perdre ou
gagner un ou plusieurs électrons à des atomes. Ils ont des conséquences sur l'environnement et en particulier sur notre organisme comme nous
le verrons par la suite.

                                                                                                                                                

  Le pouvoir pénétrant des rayonnements
    Source : "La Radioactivité" (éditions PEMF)

       4°. Période radioactive ou demie-vie radioactive

         Comme nous l'avons dit précédemment, le noyau d'un atome instable appelé radionucléide va avoir tendance à se désintégrer pour former un autre atome ; et ce jusqu'à que l'atome formé soit stable. La radioactivité développée par l'atome va donc diminuer de plus en plus jusqu'à devenir nulle. Cette décroissance est déterminée ar une période T, dite radioactive, au bout de laquelle la moitié des noyaux de la substance radioactive se sont désintégrés comme en témoigne le graphique ci-dessous :

                
      Au bout d'une période T, la radioactivité a donc diminué de moitié
                         "                    2T,                  "                    "              par 4
                         "                    3T,                  "                    "              par 8
                         "                    4T,                  "                    "              par 16
 
        et ainsi de suite ...                                                    

      
                                Courbe de décroissance radioactive
                                           Source : images google

           
         Cette période T est caractéristique de chaque isotope radioactif et peut aller de quelques fractions de secondes (ex : 6 heures pour le Lechnétium 99) à plusieurs milliards d'années (ex : 13,9 milliards d'années pout le Thorium 232). La demie-vie radioactive d'un élément indique donc bien la rapidité avec laquelle les radionucléides se désintègrent. Cette période radioactive ne peut en aucun cas être modifiée : elle obéira
donc toujours à la loi énoncée précédemment.

       5°. Isotopes stables et isotopes radioactifs

       Comme nous l'avons vu en chimie, des isotopes sont des atomes dont les noyaux diffèrent uniquement par leur nombre de neutrons. On distingue, de même que pour les atomes "classiques", des isotopes stables et des isotopes radioactifs. Chacun de ces isotopes est identifié par le nom de l'atome et par le nombre de nucléons qui varie selon les isotopes. Certains isotopes se trouvent dans la nature, ils sont dits isotopes naturels et d'autres ne se font qu'en laboratoire : ce sont des isotopes artificiels.

     Exemples isotopes naturels : on peut citer l'Hydrogène (1 proton) et le Deutérium (1 proton/1neutron ; atome présent dans l'eau lourde) ou encore le Tritium   (1 proton/2 neutrons ; atome qui est aujourd'hui très rare à trouver dans la nature). Le deutérium et le Tritium ont des propriétés spécifiques qui les rendent très intéressants dans des réactions de fusion nucléaire ; réactions que nous verrons en détail par la suite.
       Exemples isotopes artificiels : ces isotopes sont obtenus en bombardant des noyaux d'atomes stables avec des particules appropriées.
Cest par exemple le cas de l'Iode 123 (radioactif) obtenu à partir de l'Iode 127 (stable). En général, la plupart des isotopes artificiels sont radioactifs.
                                                                                                                        

       6°. Réactions de fission nucléaire et de fusion nucléaire

         a) La fission nucléaire
         La fission nucléaire est une réaction au cours de laquelle un noyau lourd radioactif(dit fissile) est cassé en 2 noyaux plus légers de masses voisines : les produits de fission qui sont souvent, eux-aussi, radioactifs. Cette réaction est obtenue en bombardant le noyau lourd fissile avec des neutrons. Les principaux noyaux lourds utilisés dans cette réaction sont l'Uranium 235 (isotope naturel), l'Uranium 233, le Plutonium 239 et 241 (isotopes artificiels).
         L'intérêt d'une réaction réside dans le dégagement d'énergie sous forme de chaleur. De plus, cette réaction est une réaction en chaîne : c'est à dire que la fission d'un noyau est toujours accompagnée de la libération de 2 ou 3 neutrons qui, à leur tour, vont provoquer la fission d'autres noyaux.
         Cette réaction est utilisée dans les centrales nucléaires pour produitre de l'énergie (elle est alors contrôlée de façon à être stoppée à tout moment) ; mais elle est également utilisées dans les bombes nucléaires de type A (la réaction n'est alors absolument pas contrôlée : elle s'emballe
et est à l'origine d'une véritable explosion).

      
      Une réaction de fission nucléaire (à gauche ; source : CD rom AREVA)





      Une explication de l'intérêt d'une telle réaction (à droite ; source : "La Radioactivité" paru aux éditions PEMF)

         b) La fusion nucléaire
         La fusion nucléaire est une réaction au cours de laquelle 2 noyaux légers (en général 1 de deutérium et 1 de tritium) vont s'agglomérer pour n'en former plus qu'un seul lourd (noyau d'Hélium dans le cas énoncé) ; et ce en libérant d'importantes quantités d'énergie sous forme de chaleur
         Cette réaction se produit en permanence dans le coeur du soleil où la température est de plusieurs millions de degrés. Ce sont ces réactions qui lui permettent de briller et donc, ce sont par conséquent ces mêmes réactions qui nous donnent de la lumière et de la chaleur sous forme de rayonnements.
         L'intérêt de la réaction de fusion réside dans la quantité énormed'énergie libérée et dans le peu de déchets radioactifs qu'elle produit. Mais pour la mettre en place, il faut atteindre des températures de plusieurs millions de degrés. Actuellement, cette réaction n'est possible qu'en laboratoire et ne peut être maintenue que 4 minutes au maximum. Le projet Iter, qui sera très certainement basé à Cadarach, aura pour mission deproduire des réactions de fusion pendant une durée bien plus importante, voir de manière permanente. Une autre source d'utilisation de ce type de réaction est la bombe nucléaire H.

Une réaction de fusion nucléaire (à gauche ; source : La Radioactivité" paru aux éditions PEMF)


      Le réacteur nucléaire du projet ITER (à droite; source : images google)




       7°. Unités de mesure

       Pour mesurer la radioactivité, 3 grandeurs différentes sont à prendre en compte : l'activité de l'échantillon radioactif, la dose absorbée et le débit de dose. On peut également utiliser l'équivalent de dose absorbée.

       Pour donner un exemple concret, on peut prendre le cas de personnes subissant des jets de pierres. Le nombre de pierre jetées est alors donné en Becquerel, le nombre de pierres reçues par les personnes est donné en Gray, et les blessures physiques qu'ont subies ces-mêmes personnes sont évaluées en Sievert.