Radioactive decay · Désintégration radioactive
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|---|---|
| radiation/ˌreɪdɪˈeɪʃn/ | rayonnement |
| positron/ˈpɒzɪtrɒn/ | positon |
| photon/ˈfəʊtɒn/ | photon |
| penetration/ˌpenɪˈtreɪʃn/ | pénétration |
| ionising/ˈaɪənaɪzɪŋ/ | ionisant |
| deflected/dɪˈflektɪd/ | dévié |
| antiparticles/ˌæntɪˈpɑːtɪklz/ | antiparticules |
| neutrinos/njuːˈtriːnəʊz/ | neutrinos |
Three kinds of radiation 辐射
- An unstable nucleus settles down by throwing out radiation.
- There are three kinds — alpha, beta and gamma — and they behave very differently.
- Telling them apart is the heart of this topic.
Trois types de rayonnement 辐射
- Un noyau instable se stabilise en émettant des rayonnements.
- Il y en a trois — alpha, bêta et gamma — et ils se comportent très différemment.
- Les distinguer est au cœur de ce chapitre.
What each one is
- α: a helium nucleus ($^{4}_{2}\alpha$), charge $+2e$, mass $\approx 4\ \text{u}$.
- β: a fast electron ($\beta^{-}$) or positron 正电子 ($\beta^{+}$), charge $\mp e$, tiny mass.
- γ: a high-energy photon 光子, no charge, no mass.
Ce que chacun est
- α : un noyau d'hélium ($^{4}_{2}\alpha$), charge $+2e$, masse $\approx 4\ \text{u}$.
- β : un électron rapide ($\beta^{-}$) ou un positron 正电子 ($\beta^{+}$), charge $\mp e$, masse négligeable.
- γ : un photon 光子 haute énergie, sans charge, sans masse.
Radioactive decay · Désintégration radioactive
A = A₀·bᵗ
Activity decays · décroît exponentially — set the base b below 1. · L'activité décroît exponentiellement — placez la base b ci-dessous de 1.
An α-particle is: · Une particule α est :
An α-particle is $^{4}_{2}\alpha$ — a helium-4 nucleus with charge $+2e$. · Une particule α est $^{4}_{2}\alpha$ — un noyau d'hélium-4 avec une charge $+2e$.
Penetration 穿透 and ionising 电离
- α: stopped by paper; strongly ionising.
- β: stopped by a few mm of aluminium.
- γ: only reduced by thick lead; weakly ionising.
Pénétration 穿透 et ionisation 电离
- α : arrêté par du papier ; fortement ionisant.
- β : arrêté par quelques mm d'aluminium.
- γ : seulement atténué par du plomb épais ; faiblement ionisant.
Match each radiation to what stops it. · Associez chaque rayonnement à ce qui l'arrête.
Penetration goes α < β < γ; ionising power goes the other way (α is the strongest ioniser). · La pénétration va α < β < γ ; le pouvoir d'ionisation va dans l'autre sens (α est le plus fort ionisateur).
Of the three, α radiation is the most strongly ionising. · Parmi les trois, le rayonnement α est le plus fortement ionisant.
Yes — α is the strongest ioniser (and so the least penetrating); γ is the weakest ioniser (and most penetrating). · Oui — α est le plus fort ionisateur (et donc le moins pénétrant) ; γ est le plus faible ionisateur (et le plus pénétrant).
In an electric field
- The field pushes charges: α is deflected 偏转 towards the negative plate, β$^{-}$ the opposite way, γ not at all.
- The force is $F = Eq$, so the α feels twice the force of a β — but its mass is thousands of times larger, so it curves far less.
- Same rule for any two charged particles in the same field: compare the forces by charge, the accelerations by $\dfrac{q}{m}$.
Dans un champ électrique
- Le champ exerce une force sur les charges : α est dévié 偏转 vers la plaque négative, β$^{-}$ dans l'autre sens, γ pas du tout.
- La force est $F = Eq$, donc α ressent deux fois la force d'un β — mais sa masse est des milliers de fois plus grande, donc il courbe bien moins.
- Même règle pour deux particules chargées quelconques dans le même champ : comparez les forces par la charge, les accélérations par $\dfrac{q}{m}$.
An α-particle, a β⁻ particle and a γ-ray enter the same uniform electric field side by side. Which statement is correct? · Une particule α, une particule β⁻ et un rayon γ entrent côte à côte dans le même champ électrique uniforme. Quelle affirmation est correcte ?
Opposite charges are pushed opposite ways. The β⁻ has a far larger charge-to-mass ratio, so it accelerates far more; the uncharged γ feels no force. · Les charges opposées sont repoussées dans des directions opposées. Le β⁻ a un rapport charge/masse bien plus grand, donc il accélère beaucoup plus ; le γ non chargé ne subit aucune force.
Antiparticles 反粒子 and neutrinos 中微子
- Every particle has an antiparticle — same mass, opposite charge (the positron is the electron's).
- β-decay always emits a (anti)neutrino too: nearly massless, no charge, very hard to detect.
Antiparticules 反粒子 et neutrinos 中微子
- Chaque particule a une antiparticule — même masse, charge opposée (le positron est l'antiparticule de l'électron).
- La désintégration β émet toujours aussi un (anti)neutrino : quasi sans masse, sans charge, très difficile à détecter.
The positron is the ____ of the electron. · Le positron est l'____ de l'électron.
An antiparticle has the same mass but opposite charge — the positron is $+e$ to the electron's $-e$. · Une antiparticule a la même masse mais une charge opposée — le positron est $+e$ à la charge $-e$ de l'électron.
Why β is continuous
- α-decay shares energy between two particles → the α has one fixed energy (discrete).
- β-decay shares energy between three (with the neutrino) → β energies range from zero up to a maximum (continuous).
Pourquoi β est continu
- La désintégration α partage l'énergie entre deux particules → l'α a une énergie unique (discrète).
- La désintégration β partage l'énergie entre trois (avec le neutrino) → les énergies des β varient de zéro jusqu'à un maximum (continue).
β-particles come out with a continuous range of energies because the energy is shared among: · Les particules β sortent avec un spectre continu d'énergies car l'énergie est partagée entre :
With three particles sharing, the β can take any share up to a maximum. α-decay shares between two, fixing the α energy. · Avec trois particules partageant l'énergie, le β peut prendre n'importe quelle part jusqu'à un maximum. La désintégration α partage entre deux, fixant l'énergie de l'α.
Decay equations
- α: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + {}^{4}_{2}\alpha$.
- β$^{-}$: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z+1}\text{Y} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}_{e}$ (a neutron becomes a proton).
- β$^{+}$: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z-1}\text{Y} + {}^{0}_{+1}\beta + \nu_{e}$ (a proton becomes a neutron).
Équations de désintégration
- α: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + {}^{4}_{2}\alpha$.
- β$^{-}$ : $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z+1}\text{Y} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}_{e}$ (un neutron devient un proton).
- β$^{+}$ : $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z-1}\text{Y} + {}^{0}_{+1}\beta + \nu_{e}$ (un proton devient un neutron).
In α-decay, by how much does the nucleon number $A$ decrease? · En désintégration α, de combien le nombre de nucléons $A$ diminue-t-il ?
The α carries away 4 nucleons (2 protons + 2 neutrons), so $A$ falls by 4 (and $Z$ by 2). · L'α emporte 4 nucléons (2 protons + 2 neutrons), donc $A$ diminue de 4 (et $Z$ de 2).
In β$^{-}$ decay, the proton number $Z$: · En désintégration β$^{-}$, le numéro de proton $Z$ :
A neutron turns into a proton, so $Z$ rises by 1 while $A$ stays the same. · Un neutron se transforme en proton, donc $Z$ augmente de 1 tandis que $A$ reste inchangé.
Worked example: nitrogen-12 and a field
Nitrogen-12, $^{12}_{7}\text{N}$, decays by emitting a positron. The emitted positron and an α-particle then pass through the same uniform electric field.
- Equation: $^{12}_{7}\text{N} \to {}^{12}_{6}\text{C} + {}^{0}_{+1}\beta + \nu_{e}$. Check: $12 = 12 + 0$ and $7 = 6 + 1$.
- Charge on the positron: $+e$ — the electron's antiparticle.
- Forces in the field: $F = Eq$, so $\dfrac{F_{\alpha}}{F_{\beta}} = \dfrac{2e}{e} = 2$.
- Accelerations: $a = \dfrac{Eq}{m}$, so $\dfrac{a_{\alpha}}{a_{\beta}} = \dfrac{2e / 4\,\text{u}}{e / (\text{u}/1840)} \approx \dfrac{1}{3700}$ — the positron accelerates thousands of times more.
- Check: twice the force but four thousand times the mass: the α barely bends. Both are pushed the same way, because both are positive.
Exemple résolu : azote-12 et un champ
L'Azote-12, $^{12}_{7}\text{N}$, se désintègre en émettant un positron. Le positron émis et une particule α traversent ensuite le même champ électrique uniforme.
- Équation : $^{12}_{7}\text{N} \to {}^{12}_{6}\text{C} + {}^{0}_{+1}\beta + \nu_{e}$. Vérification : $12 = 12 + 0$ et $7 = 6 + 1$.
- Charge du positron : $+e$ — l'antiparticule de l'électron.
- Forces dans le champ : $F = Eq$, donc $\dfrac{F_{\alpha}}{F_{\beta}} = \dfrac{2e}{e} = 2$.
- Accélérations : $a = \dfrac{Eq}{m}$, donc $\dfrac{a_{\alpha}}{a_{\beta}} = \dfrac{2e / 4\,\text{u}}{e / (\text{u}/1840)} \approx \dfrac{1}{3700}$ — le positron accélère des milliers de fois plus.
- Vérification : deux fois la force mais quatre mille fois la masse : l'α courbe à peine. Tous deux sont repoussés dans la même direction, car tous deux sont positifs.
Nucleus X (charge $+2e$, mass $4\ \text{u}$) and nucleus Y (charge $+e$, mass $3\ \text{u}$) are in the same uniform electric field. What is the ratio acceleration of X : acceleration of Y? · Le noyau X (charge $+2e$, masse $4\ \text{u}$) et le noyau Y (charge $+e$, masse $3\ \text{u}$) sont dans le même champ électrique uniforme. Quel est le rapport accélération de X : accélération de Y ?
$a = \dfrac{Eq}{m}$, so the ratio is $\dfrac{2/4}{1/3} = \dfrac{0.5}{0.333} = 1.5$. The force ratio alone would be $2$; the masses change it. · $a = \dfrac{Eq}{m}$, donc le rapport est $\dfrac{2/4}{1/3} = \dfrac{0.5}{0.333} = 1.5$. Le seul rapport des forces serait $2$ ; les masses changent cela.
A β$^{-}$ particle comes from the nucleus — a neutron turns into a proton — not from the orbiting electrons. A γ-ray changes neither $A$ nor $Z$; it only carries away energy. And the reason β energies are continuous is the (anti)neutrino sharing the energy — that is the exam's favourite "explain" question in this topic.
Une particule β$^{-}$ provient du noyau — un neutron se transforme en proton — pas des électrons orbitaux. Un rayon γ modifie ni $A$ ni $Z$ ; il transporte uniquement de l'énergie. Et la raison pour laquelle les énergies β sont continues est le (anti)neutrino partageant l'énergie — c'est la question type « expliquer » favorite des examinateurs dans ce chapitre.
You've got it
- α = He nucleus, $+2e$, $4\ \text{u}$ (paper-stopped, strong ioniser); β = electron/positron (Al-stopped); γ = photon (lead)
- in a field: force $\propto q$, acceleration $\propto \dfrac{q}{m}$; α and β$^{-}$ bend opposite ways, γ does not bend
- β-decay emits a (anti)neutrino, which is why its energy spectrum is continuous; α: $A{-}4, Z{-}2$; β$^{-}$: $Z{+}1$; β$^{+}$: $Z{-}1$
Vous avez compris
- α = noyau He, $+2e$, $4\ \text{u}$ (arrêtée par du papier, fort ioniseur) ; β = électron/positron (arrêtée par Al) ; γ = photon (plomb)
- dans un champ : force $\propto q$, accélération $\propto \dfrac{q}{m}$ ; α et β$^{-}$ se courbent dans des sens opposés, γ ne se courbe pas
- la désintégration β émet un (anti)neutrino, c'est pourquoi son spectre énergétique est continu ; α : $A{-}4, Z{-}2$ ; β$^{-}$ : $Z{+}1$ ; β$^{+}$ : $Z{-}1$