Que sont les particules alpha, bêta et gamma ?

Rayons alpha, bêta, gamma: Cela ressemble presque au slogan d'un film à l'ancienne sur les extraterrestres de l'espace, nouvellement arrivés sur Terre avec leurs gadgets ultra-high-tech (et, espérons-le, une disposition chaleureuse). En réalité, ce n'est pas trop loin. Les rayonnements alpha, bêta et gamma sont tous de véritables entités dans le monde de la physique et valent la peine d'être évités lorsque vous pouvez les gérer.

Vous savez probablement que différents types d'atomes peuvent se joindre via le processus de liaison chimique pour créer des molécules. Par exemple, deux atomes d'hydrogène (H sur le tableau périodique des éléments) et un atome d'oxygène (O) peuvent se combiner pour former une molécule d'eau (H₂O). Cette molécule peut être décomposée en ions H+ et OH– en brisant l'une des liaisons O-H.

Dans les liaisons chimiques, les électrons de différents atomes interagissent, mais leurs noyaux (le pluriel de noyau) restent intacts. En effet, la force qui maintient les protons et les neutrons ensemble est extrêmement forte par rapport aux forces électrostatiques sous-jacentes à la liaison chimique entre les atomes.

Néanmoins, les noyaux atomiques se désintègrent, généralement spontanément et souvent à un taux incroyablement bas, selon l'élément. Cette radioactivité se présente sous les trois saveurs de base introduites dans la première phrase de cet article: Alpha Beta et rayonnement gamma, aussi appelé Alpha Beta et particules gamma (sauf, techniquement, en dernière instance).

L'atome était autrefois décrit de manière quelque peu impétueuse comme « la plus petite chose indivisible », même par les connaisseurs. Cette définition est vraie à certains égards: prenez n'importe quel élément unique, ou substance constituée d'un seul composant irréductible, et l'atome est la plus petite unité entière de cette substance. Il y a 118 éléments dans le tableau périodique en 2020, 92 d'entre eux sont naturels.

Les atomes sont constitués d'un noyau qui contient un ou plusieurs protons et, à l'exception de l'hydrogène (le plus petit élément), au moins un neutron. Ils ont également un ou plusieurs électrons, trouvés à une certaine distance du noyau à des niveaux d'énergie spécifiques.

Les protons sont chargés positivement et les électrons négativement, l'amplitude de la charge étant la même dans chacun. Puisqu'un atome dans l'état fondamental a le même nombre de protons que d'électrons, les atomes sont électriquement neutre à moins d'être ionisé (c'est-à-dire que leur nombre d'électrons change).

Le numéro de proton d'un atome est son numéro atomique dans le tableau périodique et détermine l'identité (nom) de l'élément. Certains atomes peuvent gagner ou perdre des neutrons tout en continuant à exister joyeusement, mais si un noyau perd ou gagne un proton au lieu de cela, cela change la donne, car maintenant, quel que soit l'élément, il a un tout nouveau nom et de nouveaux attributs pour aller avec il.

La force qui maintient les protons et les neutrons ensemble s'appelle, non pour rien, la force nucléaire forte. Les noyaux des atomes peuvent être considérés, en un sens, comme étant au centre de toute matière, de sorte que leur extrême la stabilité a du sens dans un cosmos riche en organisation et capable de soutenir la vie sur au moins un humble planète.

Mais les noyaux ne sont pas parfaitement stables, et au fil du temps, ils se désintègrent, émettant des particules et de l'énergie. Chaque élément qui subit une décroissance radioactive, ou plus précisément le isotope de l'élément étudié, a sa propre demi-vie caractéristique, qui peut être utilisée pour prédire combien de noyaux se désintégreront au fil du temps tout en n'offrant aucune information sur un noyau en particulier. Il s'apparente donc à un risque, essentiellement une statistique de probabilité.

La demi-vie d'une espèce radioactive est le temps qu'il faut à la moitié des noyaux instables d'un échantillon pour se désintégrer sous une forme différente. Ce nombre peut aller très haut, dans les milliards d'années, bien que pour le carbone 14 il soit d'environ 5 730 ans (un saut dans le temps géologique, sinon dans les civilisations humaines).

Les différents types de désintégration radioactive reçoivent les trois premières lettres de l'alphabet grec. Ainsi rayonnement alpha émet une particule souvent représentée par une version minuscule de cette lettre,. Il serait cependant peu conventionnel d'écrire « rayonnement α ».

Ce type de particule équivaut au noyau d'un atome d'hélium (He). L'hélium est le deuxième élément du tableau périodique et avec une masse atomique de 4,00, il possède deux protons et deux neutrons. L'atome entier a également deux électrons qui équilibrent la charge des deux protons, mais ceux-ci ne font pas partie d'une particule alpha, seulement du noyau.

Ces particules sont massives par rapport aux autres types de rayonnement; la particule bêta, par exemple, est environ 7 000 fois plus petite. À première vue, cela peut sembler particulièrement dangereux, mais c'est en fait le contraire qui est vrai: la taille des particules signifie qu'elles pénètrent dans les choses, y compris les barrières biologiques telles que la peau, très pauvrement.

Particules bêta (-particules) ne sont en fait que des électrons, mais ils conservent leur nom car leur découverte est antérieure à l'identification formelle des électrons en tant que tels. Lorsqu'un atome émet une particule bêta, il émet également une autre particule subatomique en même temps appelée antineutrino électronique. Cette particule partage la quantité de mouvement et l'énergie de l'émission de la particule, mais elle n'a presque pas de masse (même comparée à un électron, lui-même seulement d'environ 9,1 × 10^–31 kg en masse).

Les particules bêta, étant beaucoup plus petites que les particules alpha, peuvent pénétrer plus profondément que leurs homologues beaucoup plus massives.

Un autre type de particule bêta est le positron, qui se produit à la suite de la désintégration des neutrons dans le noyau. Ces particules ont la même masse que les électrons, mais ont la charge opposée (d'où leur nom).

Rayons gamma, ou alors rayons , représentent le résultat le plus dangereux de la radioactivité pour l'homme. Ils sont sans masse car ce ne sont pas du tout des particules. "Rayons" est en fait l'abréviation du terme général de rayonnement électromagnétique (rayonnement EM), qui se déplace à la vitesse de la lumière (notée c, ou 3 × 10⁸ m/s) et vient dans une variété de combinaisons de valeurs de fréquence et de longueur d'onde dont les produits sont c.

Les rayons gamma ont des longueurs d'onde très courtes et donc une énergie très élevée. Ils sont similaires aux rayons X, sauf que les rayons X proviennent de l'extérieur du noyau. Ils traversent généralement les corps humains sans rien toucher, mais parce qu'ils sont si pénétrants, un bouclier en plomb de deux pouces d'épaisseur est nécessaire pour assurer leur arrêt.

Les particules alpha peuvent être ignorées en toute sécurité, dans la mesure où cela est vrai de tout ce qui est classé comme rayonnement. Ils ne peuvent voyager qu'environ 10 à 17 cm (4 à 7 pouces) dans l'air et leur énergie est perdue lorsqu'ils frappent. les protons et les neutrons de tout matériau qu'ils rencontrent, les empêchant de pénétrer plus loin.

La plupart des dommages causés par les particules bêta proviennent de leur ingestion ou de leur ingestion. (Cela peut également être vrai pour les particules alpha.) Boire ou manger des matières radioactives est la principale source de dommages causés par ce type de rayonnement, bien qu'une exposition prolongée à la peau puisse provoquer des brûlures.

Les rayons gamma peuvent traverser les corps sans rien toucher, mais rien ne garantit qu'ils le feront réellement, et ils peuvent parcourir environ un mile dans les airs. Parce qu'ils peuvent pénétrer pratiquement n'importe quoi en plus de parcourir de longues distances, ils peuvent endommager tous les systèmes du corps et leur présence dans des environnements avec des systèmes vivants doit être soigneusement surveillé.