Désintégration alpha

Les particules alpha sont un type de rayonnement ionisant découvert en 1898 par Ernest Rutherford, qui a utilisé la première lettre de l’alphabet grec pour les nommer. Lorsqu’un atome subit une désintégration alpha, il émet une particule alpha composée de deux protons et de deux neutrons qui proviennent directement de son noyau. Cette particule, qui est l’équivalent du noyau de l’atome d’hélium, possède un nombre de masse de 4 — en raison de ces deux protons et deux neutrons, ce qui lui confère également une charge électrique positive.

Examinons la désintégration alpha avec l’exemple du seaborgium 263. À un certain moment, un atome de ce radio-isotope instable subit une désintégration alpha et émet une particule pour former du rutherfordium 259 dans le but de devenir plus stable.

alpha1
Il est à noter que le nombre de masse du rutherfordium 259 diminue de 4 par rapport à celui du seaborgium 263, car la particule alpha émise a un numéro atomique de 2 et un nombre de masse de 4.

On peut aussi exprimer la désintégration radioactive au moyen d’équations similaires à celles utilisées pour les réactions chimiques :

alpha2

En règle générale, pour déterminer l’isotope fille qui vient tout juste d’être créé par désintégration alpha, il suffit de trouver l’élément ou l’isotope dont le nombre de masse diminue de 4 et le numéro atomique de 2 par rapport à l’isotope parent radioactif.

Voyons un autre exemple. Dans le tableau périodique, trouvez l’astate (nombre de masse : 210). Son radio-isotope astate 211 se désintégrera en émettant une particule alpha. Reculons maintenant de deux espaces dans le tableau périodique. On y trouve le bismuth. En soustrayant 4 du nombre de masse de l’astate 211 et de 2 son numéro atomique, on arrive à son isotope fille, le bismuth 207.

alpha3

De nouveau, on peut utiliser une équation de type chimique :

alpha4

Les éléments et les isotopes qui émettent des particules alpha sont appelés « émetteurs alpha ». Comparativement aux autres particules subatomiques, la particule alpha est très lourde, si bien qu’elle ne parcourt que quelques centimètres dans l’air et qu’elle ne traverse pas la peau ni les vêtements. En conséquence, cette particule ne pose guère de risque pour la santé si elle demeure à l’extérieur du corps. En revanche, si les émetteurs alpha pénètrent dans le corps par une coupure ou qu’on les inhale, les risques pour la santé peuvent être très graves. En fait, les fumeurs inhalent du polonium 210, un émetteur alpha d’origine naturelle présent dans le tabac qui accroît grandement le risque de cancer du poumon.

Émetteurs alpha

Les radio-isotopes qui produisent  des particules alpha sont appelés « émetteurs alpha ». En voici quelques-uns :

  • L’américium 241 est utilisé dans les détecteurs de fumée. On l’emploie aussi pour mesurer le taux de plomb toxique dans des échantillons de peinture sèche et dans les jauges d’épaisseur.
  • Le californium 252 permet de détecter la présence d’explosif dans les bagages et de repérer l’eau ainsi que les couches pétrolifères dans les puits de pétrole. On y a aussi recours en curiethérapie et dans les jauges d’humidité.
  • Polonium 210
  • Plutonium 236
  • Plutonium 239
  • Le radium 226 améliore l’efficacité des paratonnerres.
  • Radon 222
  • Le thorium 220 donne une coloration et un effet fluorescent aux glaçures et aux articles de verre.
  • Le thorium 229 accroît la durabilité des ampoules fluorescentes.
  • Thorium 232
  • Uranium 238

On emploie couramment les émetteurs alpha dans des applications industrielles. Le radium 226 est utilisé pour traiter le cancer, tandis que le plutonium 236 peut servir à la fabrication d’armes nucléaires.

Sources :

Human Health Fact Sheet, ANL, octobre 2001
Radioisotopes Commonly Used in Devices by Industry, USEPA: www.epa.gov/radiation/source-reduction-management/radionuclides.html