La demi-vie de désintégration d'un matériau radioactif peut-elle être modifiée

Question

La demi-vie de désintégration d'un matériau radioactif peut être modifiée. La désintégration radioactive se produit lorsqu'un noyau atomique instable passe spontanément à un état d'énergie inférieure et crache un peu de rayonnement. Ce processus transforme l'atome en un élément différent ou en un isotope différent. Puisque la désintégration radioactive est un événement spontané, vous pouvez penser que la demi-vie du processus de désintégration est complètement fixe et ne peut pas être modifiée par des influences extérieures. toutefois, cette affirmation n'est pas tout à fait vraie.

Tout d'abord, il convient de souligner que le moment où un atome radioactif individuel se désintègre est complètement aléatoire. Il est impossible de prédire quand un atome radioactif individuel se désintégrera. La demi-vie d'un certain type d'atome ne décrit pas le temps exact que chaque atome subit avant de se désintégrer. Plutôt, la demi-vie décrit le temps moyen qu'il faut à un grand groupe de quantités pour atteindre le point où la moitié des atomes se sont désintégrés.

La demi-vie d'un matériau radioactif peut être modifiée en utilisant les effets de dilatation du temps. Selon la relativité, le temps lui-même peut être ralenti. Tout ce qui subit le temps peut donc se voir attribuer une durée de vie effective plus longue si le temps est dilaté. Ceci peut être fait de deux façons. Voyager à une vitesse proche de la vitesse de la lumière ralentit considérablement le temps, par rapport à l'observateur stationnaire. Par exemple, un certain nombre d'atomes radioactifs projetés à travers un tube à grande vitesse dans le laboratoire verront leur demi-vie allongée par rapport au laboratoire en raison de la dilatation du temps. Cet effet a été vérifié à plusieurs reprises à l'aide d'accélérateurs de particules. Le temps peut aussi être dilaté en appliquant un champ gravitationnel très fort. Par exemple, placer un tas d'atomes radioactifs près d'un trou noir prolongera également leur demi-vie par rapport à l'observateur distant en raison de la dilatation du temps.

La demi-vie de la désintégration radioactive peut également être modifiée en modifiant l'état des électrons entourant le noyau. Dans un type de désintégration radioactive appelé “capture d'électrons”, le noyau absorbe un des électrons de l'atome et le combine avec un proton pour former un neutron et un neutrino. Plus les fonctions d'onde des électrons de l'atome se chevauchent avec le noyau, plus le noyau est capable de capturer un électron. Donc, la demi-vie d'un mode de désintégration radioactive par capture d'électrons dépend légèrement de l'état dans lequel se trouvent les électrons de l'atome. En excitant ou en déformant les électrons de l'atome dans des états qui se chevauchent moins avec le noyau, la demi-vie peut être réduite. Étant donné que la liaison chimique entre les atomes implique la déformation des fonctions d'onde des électrons atomiques, la demi-vie radioactive d'un atome peut dépendre de la façon dont il est lié à d'autres atomes. Simplement en changeant les atomes voisins qui sont liés à un isotope radioactif, on peut changer sa demi-vie. toutefois, le changement de demi-vie accompli de cette manière est généralement faible. Par exemple, une étude réalisée par B. Wang et al et publié dans le European Physical Journal A ont pu mesurer que la demi-vie de capture d'électrons du béryllium-7 était faite 0.9% plus longtemps en entourant les atomes de béryllium d'atomes de palladium.

En plus de modifier les liaisons chimiques, la demi-vie peut être modifiée en enlevant simplement des électrons de l'atome. A l'extrême limite de cette approche, tous les électrons peuvent être arrachés à un atome radioactif. Pour un tel ion, il n'y a plus d'électrons disponibles à capturer, et donc la demi-vie du mode de désintégration radioactive de capture d'électrons devient infinie. Certains isotopes radioactifs qui ne peuvent se désintégrer que via le mode de capture d'électrons (comme le rubidium-83) peut être fait pour ne jamais se désintégrer en arrachant tous les électrons. D'autres types de désintégration radioactive en plus de la capture d'électrons se sont également avérés avoir une demi-vie de désintégration dépendant de l'état des électrons environnants., mais les effets sont moindres. Le changement de demi-vie dû au changement de l'environnement électronique est généralement très faible, généralement beaucoup moins que 1%.

enfin, la demi-vie d'un matériau radioactif peut être modifiée en le bombardant avec un rayonnement à haute énergie. Cela ne devrait pas surprendre puisque la désintégration radioactive est une réaction nucléaire, et induisant d'autres réactions nucléaires en même temps que la désintégration peut interférer avec celle-ci. toutefois, à ce point, vous n'avez pas vraiment de désintégration radioactive autonome. Plutôt, tu as de la soupe de réaction nucléaire, donc cette approche peut ne pas vraiment compter comme “changer la demi-vie”.

Lorsque les ouvrages de référence répertorient les valeurs de demi-vie de divers matériaux, ils énumèrent vraiment la demi-vie du matériau lorsque ses atomes sont au repos, à l'état fondamental, et dans une configuration de liaison chimique particulière. Notez que la plupart des modifications de la demi-vie des matières radioactives sont très faibles. en outre, de grands changements à une demi-vie nécessitent des, cher, équipement à haute énergie (par exemple. accélérateurs de particules, réacteurs nucléaires, pièges à ions). Donc, en dehors des laboratoires spécialisés, nous pouvons dire qu'en bonne approximation, les demi-vies de désintégration radioactive ne changent pas. Par exemple, la datation au carbone et la datation radiométrique géologique sont si précises parce que les demi-vies de désintégration dans la nature sont si proches de la constante.

Crédit:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2015/04/27/can-the-decay-half-life-of-a-radioactive-material-be-changed/

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