LycéeBac

LEÇON · 2BAC

Décroissance radioactive et demi-vie

physique-chimie-biofContenu pédagogique original

Objectifs d’apprentissage

Interpréter la demi-vie radioactive.

Utiliser la loi de décroissance exponentielle dans un calcul simple.

Introduction

La désintégration radioactive est aléatoire à l'échelle d'un noyau, mais l'évolution d'un grand ensemble de noyaux suit une loi statistique.

Cours

Le nombre moyen de noyaux non désintégrés suit N(t)=N0e^(−λt), où λ est la constante radioactive. L'activité A(t), nombre de désintégrations par seconde, est proportionnelle au nombre de noyaux : A=λN. La demi-vie t1/2 est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initiaux subsiste ; t1/2=ln(2)/λ. Après n demi-vies, la fraction restante est (1/2)^n. La demi-vie est une propriété du radionucléide considéré et ne dépend pas de la quantité initiale dans le modèle usuel.

Exemples guidés

  1. Après trois demi-vies, la fraction restante est (1/2)³=1/8, soit 12,5 %.
  2. Si t1/2=10 jours, après 20 jours il reste environ un quart des noyaux initiaux.

Activités d’apprentissage

  1. Calculer la fraction restante après quatre demi-vies.
  2. Distinguer nombre de noyaux et activité radioactive.
  3. Expliquer pourquoi une désintégration individuelle ne peut pas être datée précisément.

Exercices d’application

  1. Un échantillon contient initialement 8000 noyaux radioactifs. Combien en reste-t-il en moyenne après deux demi-vies ?
  2. La demi-vie vaut 6 heures : combien de temps faut-il pour que la fraction restante soit 1/16 ?

Correction

Après deux demi-vies, il reste 8000/4=2000 noyaux en moyenne. La fraction 1/16 correspond à quatre demi-vies, soit 24 heures.

À retenir

La décroissance suit N=N0e^(−λt) ; la demi-vie divise la quantité restante par deux à chaque intervalle égal.

Référence pédagogique

Leçon pédagogique originale à confronter au programme officiel et au cours de l'enseignant

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