Activité 1(B2) : Histoire de la radioactivité - cours

Activité 1(B2) : Histoire de la radioactivité
I- De Becquerel à Irène Joliot – Curie.
A la suite de la découverte des rayons X en 1845, les scientifiques multiplient les expériences et découvrent des phénomènes nouveaux qu’ils
nomment radioactivités naturelle et artificielle.
En 1896, le physicien Henri Becquerel découvre par hasard un nouveau rayonnement. En
sortant de l'obscurité d'un tiroir un échantillon de sel d'uranium stocké sur des plaques
photographiques, il constate que ces dernières sont impressionnées et donc que ce sel
émet spontanément un rayonnement pénétrant, même en l'absence d'excitation par la
lumière solaire. Il montre que cette faculté d'émettre des rayons est une propriété
intrinsèque de l'élément uranium ; il les appelle rayons uraniques.
En 1898, Marie Curie, physicienne française d'origine polonaise, choisit comme sujet de
thèse de doctorat l'étude de ce nouveau rayonnement. Elle examine systématiquement
Une des plaques photographiques : on
un grand nombre de composés chimiques et de minéraux, et découvre que les minerais
reconnaît les contours d’une croix de
d'uranium telle la pechblende émettent plus de rayonnements que l'uranium lui-même.
cuivre
Elle déduit de ce fait remarquable que ces substances contiennent en très petite quantité, un élément beaucoup plus actif que
l'uranium. Pierre Curie, son mari, joint ses efforts à ceux de Marie et après avoir manipulé des tonnes de minerai, ils parvi ennent à
isoler deux nouveaux éléments, le polonium puis le radium. À cette occasion, Marie Curie invente le mot radioactivité. P our la
découverte de la radioactivité naturelle, Henri Becquerel et les Curie reçoivent le prix Nobel de physique en 1903.
En 1934, Irène, fille aînée du couple Curie, et son mari Frédéric Joliot, découvrent la radioactivité artificielle en provoqu ant une
transformation nucléaire qui produit de nouveaux noyaux radioactifs. Une feuille d'aluminium bombardée avec des noyaux d'hélium
donne des noyaux de phosphore radioactif, un isotope du phosphore stable, jamais observé dans la nature. Ils le démontrent en
isolant chimiquement le phosphore produit avant qu'il ne se désintègre en silicium par radioactivité.
Le prix Nobel de chimie leur est attribué en 1935 pour cette découverte qui trouvera rapidement de nombreuses applications.
Q1) À partir du texte, donner une définition de la radioactivité.
Q2) Comment la radioactivité a-t-elle été mise en évidence ?
Q3) Quelle est la différence entre radioactivité naturelle et radioactivité artificielle? À quels scientifiques est attribuée leur
découverte respective?
Q4) Qu’appelle-t-on des noyaux isotopes ?
Q5) Le noyau stable de phosphore contient 15 protons et 16 neutrons; le noyau instable de phosphore contient 15 protons
et 15 neutrons.
Q5.1) Pourquoi deux isotopes appartiennent-ils forcément à un même élément ?
Q5.2) Quelle différence entre deux noyaux isotopes semble être à l'origine de l'instabilité ?
Q5.3) Donner une interprétation de cette instabilité à l'aide des interactions entre nucléons.
II- Marie Curie : une femme formidable.
Visionner
la
vidéo
suivante
http://www.youtube.com/watch?v=MhTAdh5p7jE
et
répondre
aux
questions :
Q6) En quoi consiste le travail de Pierre et Marie Curie ?
Q7) Quel phénomène intrigue Marie Curie lorsqu’elle étudie la radioactivité de la
pechblende ?
Q8) Reconstituer la démarche scientifique suivie.
Q9) Comment peut-on qualifier le chemin vers la découverte ? Et quelles qualités doivent
être celles du chercheur ?
Q10) Quels prix honorifiques couronnent le succès de Marie Curie ?
Q11) Dans le contexte historique de l’époque, expliquer pourquoi on peut affirmer que
Marie Curie était une personne exceptionnelle ?
Pour en savoir plus : http://www.cea.fr/jeunes/themes/la_radioactivite
Correction Activité 1(B2) : Histoire de la radioactivité
I- De becquerel à Irène Joliot – Curie.
1- À partir du texte, donner une définition de la radioactivité.
C’est la désintégration spontanée de noyaux instables d’un élément chimique en noyaux plus stables d’un
autre élément chimique. Elle s’accompagne de rayonnements.
Un noyau instable est dit radioactif.
2- Comment la radioactivité a-t-elle été mise en évidence ?
La radioactivité a été découverte par hasard par Henri Becquerel. Il avait déposé du sel d’uranium sur des
plaques photographiques et il a constaté que ces dernières étaient impressionnées.
3- Quelle est la différence entre radioactivité naturelle et radioactivité artificielle? À quels scientifiques est attribuée leur découverte
respective?
Lorsque les noyaux radioactifs sont naturellement présents dans notre environnement, il s’agit de
radioactivité naturelle. Cette radioactivité est spontanée.
La découverte de la radioactivité naturelle est attribuée à Henri Becquerel.
Certains noyaux radioactifs sont parfois produits de nos jours par l’activité humaine : il s’agit alors de
radioactivité artificielle.
La découverte de la radioactivité artificielle est attribuée à Irène et Frédéric Joliot-Curie.
4- Qu’appelle-t-on des noyaux isotopes ?
Des noyaux isotopes ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent.
5- Le noyau stable de phosphore contient 15 protons et 16 neutrons; le noyau instable de phosphore contient 15 protons et 15 neutrons.
5.1- Pourquoi deux isotopes appartiennent-ils forcément à un même élément ?
2 isotopes ont le même nombre de protons, donc appartiennent au même élément chimique. En revanche,
leur nombre de neutrons est diffèrent. Les deux isotopes du phosphore contiennent 15 protons et
l’élément phosphore est caractérisé par Z =15.
5.2- Quelle différence entre deux noyaux isotopes semble être à l'origine de l'instabilité ?
L’instabilité s’explique par
un excès de protons (par rapport aux neutrons),
un excès de neutrons (par rapport aux protons)
un excès de protons et de neutrons
5.3- Donner une interprétation de cette instabilité à l'aide des interactions entre nucléons.
La stabilité du noyau est due à l’interaction forte.
S’il y a instabilité, cette interaction est trop faible pour maintenir la cohésion du noyau.
L’interaction faible permet de transformer un p en un n (ou le contraire). Cela augmente la stabilité du
noyau.
Le noyau de phosphore 30 comporte un neutron de moins que l’isotope stable du phosphore. On peut
alors supposer que l’interaction forte n’est plus suffisante pour assurer la cohésion du noyau.
L’interaction électromagnétique qui est responsable de la répulsion entre protons provoque alors la
dislocation du noyau instable : il se désintègre en produisant un noyau de silicium stable.
Un proton se transforme en neutron à cause de l’interaction faible.
Activité 1(B2) : Histoire de la radioactivité
Marie Curie : une femme formidable
Eléments de réponse
Q6) En quoi consiste le travail de Pierre et Marie Curie ?
- Etudier les radiations qu’émettent certains métaux, comme l’Uranium, dont les propriétés rayonnantes avaient
été révélées quelques années auparavant par Henri Becquerel.
- Isoler, classer et comparer les composants radioactifs de minerais radioactifs.
Q7) Quel phénomène intrigue Marie Curie lorsqu’elle étudie la radioactivité de la pechblende ?
La pechblende qui contient de l’U est plus radioactive que l’U pur
Q8) Reconstituer la démarche scientifique suivie.
- Observation d’une anomalie
- Questionnement : « Pourquoi la pechblende qui contient de l’U est plus radioactive que l’U pur ? »
- Hypothèse : « ce minerai renferme peut-être un élément radioactif autre que l’U. »
- Expérimentation : « Extraction des substances de la pechblende »
- Résultats : découverte de nouveaux métaux radioactifs : le polonium et le radium
- Validation de l’hypothèse.
Q9) Comment peut-on qualifier le chemin vers la découverte ? Et quelles qualités doivent être celles du chercheur ?
- Le chemin vers la découverte : Répétitif, long, parfois décevant, mais toutefois concluant
- Les qualités du chercheur : Persévérant, déterminé, patient, rigoureux, entreprenant, inventif, …
Q10) Quels prix honorifiques couronnent le succès de Marie Curie ?
- Prix Nobel de physique en 1903 (avec Pierre Curie et Henri Becquerel)
- Prix Nobel de chimie en 1911
Q11) Dans le contexte historique de l’époque, expliquer pourquoi on peut affirmer que Marie Curie était une
personne exceptionnelle ?
Au début du XXème siècle, peu de femmes étaient encouragées à faire des études et le domaine scientifique était
presque exclusivement réservé aux hommes. A une époque où les femmes devaient surpasser les hommes, pour
faire leur place et être reconnues, Marie Curie a su s’imposer grâce à son génie, sa détermination et sa passion
pour les sciences. Elle fut ainsi la 1ère femme à soutenir une thèse de sciences physiques, 1ère femme à recevoir un
prix Nobel et elle reste toujours la seule personne, à obtenir les 2 prix Nobel scientifiques de Physique ET de
Chimie
Elle n'a jamais déposé le moindre brevet sur ses découvertes puisqu'elle considérait que toutes decouvertes
scientifiques faisaient partie du bien collectif de l'humanité. De plus, elle profita de sa notoriété pour rassembler
des fonds afin d'améliorer les soins de blessés de la guerre en créant une escadre d'ambulances radiographiques.
Elle est aussi à l'origine de la radiothérapie dans le traitement de certains cancers. Bref, une vie d'un génie
scientifique doublé d'un grand humanisme.