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Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Qu'est-ce qu'un isotope?

Les isotopes sont des atomes dont les noyaux atomiques ont le même nombre de protons mais différents nombres de neutrons. Tous les atomes d'un même élément ne sont pas identiques et chacune de ces variétés correspond à un isotope différent.

Qu'est-ce qu'un isotope?

Chaque isotope du même élément a le même numéro atomique (Z) mais chacun a un numéro de masse différent (A). Le numéro atomique correspond au nombre de protons dans le noyau atomique de l'atome. Le nombre de masse correspond à la somme des neutrons et des protons dans le noyau. Cela signifie que les différents isotopes d'un même atome ne diffèrent les uns des autres que par le nombre de neutrons.

Tableau périodique des éléments

Chaque atome peut avoir un nombre quelconque de neutrons. Les différentes combinaisons de neutrons et de protons impliquent des différences dans les forces de cohésion des noyaux des isotopes. Ainsi, bien qu'ils puissent avoir un nombre quelconque de neutrons, il existe certaines combinaisons préférées de protons et de neutrons dans les différents isotopes.

Les isotopes légers (avec peu de protons et de neutrons) ont tendance à égaler le nombre de neutrons et de protons, tandis que les isotopes lourds ont tendance à avoir plus de neutrons que de protons.

Le fait que chaque isotope du même élément ait le même numéro atomique signifie qu'ils ont le même nombre de protons dans le noyau atomique. Les atomes d'un même élément ont le même nombre de protons et d'électrons mais peuvent avoir différents nombres de neutrons.

Les isotopes sont-ils d'origine naturelle?

Les éléments que l'on trouve dans la nature peuvent être configurés dans une grande variété d'isotopes différents. La masse qui apparaît dans le tableau périodique des éléments est la moyenne de toutes les masses de tous les isotopes naturellement présents.

Un exemple d'isotope naturel est l'hydrogène. L'hydrogène a trois isotopes naturels, le protium, le deutérium et le tritium. Ces isotopes sont utilisés comme combustible pour la fusion nucléaire. Dans le domaine des armes nucléaires, ce sont les éléments de base qui composent la bombe à hydrogène.

La plupart des éléments naturels sont constitués de divers isotopes qui ne peuvent être séparés que par des procédures physiques (diffusion, centrifugation, spectrométrie de masse, distillation fractionnée et électrolyse).

Comment sont classés les isotopes?

Les isotopes peuvent être de deux types:

  • Isotopes stables
  • Isotopes instables

Les isotopes stables ont une demi-vie de l'ordre de 3 milliards d'années. En revanche, les isotopes instables sont radioactifs. Les éléments instables émettent un rayonnement et deviennent d'autres isotopes ou éléments. 

Quels sont les isotopes instables?

Les atomes instables sont des atomes radioactifs: leurs noyaux changent ou se désintègrent, émettant un rayonnement. Des isotopes avec ou sans neutrons peuvent être trouvés. Ces atomes peuvent exister pendant un certain temps, mais ils sont instables.

Cette instabilité est précisément ce qui est recherché dans le combustible nucléaire utilisé dans les centrales nucléaires. Étant instable, il est beaucoup plus facile de générer des réactions de fission nucléaire.

Habituellement, ce qui rend un isotope instable est le gros noyau. Si un noyau devient suffisamment grand à partir du nombre de neutrons, il sera instable et tentera d'éjecter ses neutrons et / ou protons pour atteindre la stabilité. L'émission de neutrons / protons ainsi que le rayonnement gamma sont la radioactivité.

Quelles sont les applications des isotopes instables?

Les isotopes instables ont de nombreuses applications possibles dans nos vies.

  • Premièrement, un isotope du cobalt est utilisé en médecine pour arrêter la propagation du cancer.
  • Les isotopes radioactifs peuvent être utilisés comme traceurs chez les patients pour surveiller divers processus internes. Un isotope de l'iode a été utilisé pour trouver des tumeurs cérébrales. 
  • En plus de la médecine nucléaire, les isotopes instables dans l'industrie peuvent mesurer l'épaisseur du métal ou l'utiliser pour produire de l' électricité, comme des sources d'uranium ou de plutonium.
  • Une partie de l' électricité que nous consommons quotidiennement est produite dans une centrale nucléaire. Dans les centrales nucléaires, les isotopes instables de l'uranium sont exploités pour générer des réactions de fission dans le noyau du réacteur nucléaire.
  • Pour sortir ensemble. En archéologie, par exemple, il est très courant d'utiliser le carbone 14 pour établir la datation de différents éléments.

Cependant, ces isotopes instables peuvent être dangereux à des doses élevées et difficiles à stocker, ce qui rend extrêmement important de limiter ou de décourager complètement le contact avec ces isotopes. Certains isotopes peuvent également avoir des énergies très élevées et libérer de grandes quantités d'énergie nucléaire lorsqu'ils se décomposent, créant un danger potentiellement destructeur.

Comment les différents isotopes d'un élément sont-ils représentés?

L'uranium est présent dans une grande variété d'isotopesIl existe deux façons de les représenter: selon la notation scientifique et selon la notation symbolique.

  • Notation scientifique des isotopes: les isotopes sont identifiés par le nom de l'élément chimique suivi du nombre de protons et de neutrons dans l'isotope. Par exemple, les trois isotopes les plus courants de l'uranium utilisé comme combustible nucléaire seraient représentés comme suit: U-235, U-235 et U-238
  • Notation symbolique des isotopes: le nombre de nucléons (protons et neutrons) est désigné comme un préfixe en exposant du symbole chimique. Dans le cas des trois isotopes précédents de l'uranium, ce serait 234 U, 235 U et 238 U

Qui a découvert les isotopes?

L'existence d'isotopes a été découverte à la suite de l'étude sur les substances radioactives naturelles. Le nom d'isotope a été proposé par Frederick Soddy en 1911. Soddy a vérifié l'égalité de ses propriétés chimiques.

Rutherford et Soody ont réalisé que le comportement anormal des éléments radioactifs était dû au fait qu'ils se transformaient en d'autres éléments et produisaient des rayonnements alpha, bêta et gamma.

Frederick Soddy a reçu le prix Nobel de chimie en 1921 pour ses travaux sur les isotopes et la radioactivité.

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Dernier examen: 27 mars 2020