Matière : transformations nucléaires

La radioactivité naturelle est la transformation spontanée et statistique du noyau instable d'un élément en noyau d'un autre élément. Cette transformation s'accompagne de l'émission d'un rayonnement qui peut être de plusieurs types.

Comme toute réaction, elle doit obéir aux restrictions imposées par la conservation de la charge, la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement. Le nombre de nucléons doit également rester constant.

Désintégration  : Ces particules sont en fait des atomes d'hélium doublement ionisés , de charge . Ces particules chargées peuvent donc être déviées en présence de champs électrique ou magnétique. Elles sont facilement absorbées par des couches fines de matériau.

La plupart des désintégration se produisent avec les nucléides de selon le schéma de principe suivant : . est l'énergie de désintégration (équivalente énergétique du défaut de masse, voir chapitre 1). La plus grande partie de cette énergie se transmet à la particule sous forme d'énergie cinétique, tandis que le reste correspond à l'énergie cinétique de recul du noyau X.

Désintégration  : il s'agit de l'émission d'électrons ou de positons (aussi appelés positrons qu'on peut traiter en première approximation comme des « électrons positifs »). Or ces particules n'existent pas dans le noyau. Elles sont donc créées au moment de l'émission.

De plus, les premières études montrèrent que le bilan énergétique de ces désintégrations ne semblait pas conservé. C'est ainsi que Pauli en 1930 suggéra l'existence d'une particule neutre très légère qui emporterait une partie de l'énergie. Dans le cas d'une désintégration β-, un neutron du noyau se transforme en un proton, un électron et un antineutrino : . Dans le cas d'une désintégration , un proton se transforme en un neutron, un positon et un neutrino :

De part leur charge, les particules sont déviées par des champs électrique ou magnétique. Elles sont plus pénétrantes que les particules , leur énergie maximale étant de l'ordre de .

Désintégration : les rayons sont des ondes électromagnétiques de très courte longueur d'onde ( ). Les photons associés sont donc très énergétiques ( à quelques ) et très pénétrants (voir le spectre électromagnétique).

Ces rayonnements sont produits quand certains noyaux font une transition entre deux niveaux d'énergie différents. Ils sont généralement émis peu après une désintégration ou , ou quand le noyau est porté à un niveau excité suite à une collision.