Comme dit précédemment le carbone 14 est un élément radioactif qui fait donc appel à la radioactivité.
Afin de mieux comprendre le principe de datation par le carbone 14, nous allons éclaircir quelques principes de base sur celle ci.
RAPPELS
Comme vous le savez, toute matière est constituée d’atomes : un atome est composé d’un noyau et d'électrons en gravitation autour de celui ci. Le noyau est lui même composé de particules appelées neutrons et protons, formant ainsi les nucléons.
Deux nombres sont associés au noyau : le nombre de masse, noté A qui représente le nombre total de nucléons du noyau, ainsi que le numéro atomique, noté Z, étant le nombre de protons dans le noyau.
Tous les éléments connus ont été répartis dans un diagramme, nommé le diagramme de Segré permettant d’étudier la disposition des noyaux stables et instables. Pour tous les noyaux existants, on place le nombre de protons en ordonnée et le nombre de neutrons en abscisse.
Chaque petit carré représente un noyau atomique. La zone centrale, en noire, est la vallée de stabilité: en effet, elle correspond aux noyaux stables.
Diagramme de Segré
Noyaux stables
Un noyau est dit stable s’il conserve la même composition, c’est-à-dire s’il comporte, pratiquement autant de neutrons que de protons.
Pour Z < 20, les noyaux stables se situent au voisinage de la droite d’équation N=Z
Ex : l’Hélium, le Carbone et l’Azote
Pour Z > 20, la stabilité du noyau n’est assurée que si le nombre de neutrons est supérieur au nombre de protons; les points se répartissent au dessus de la droite d’équation N = Z
Noyaux instables
D’autre part, les noyaux situés autour de la vallée de stabilité sont dits instables : ils se transforment en noyaux stables par une ou plusieurs désintégrations spontanées.
Radioactivité
Au cours de ce processus, se produit une émission de particules et éventuellement un rayonnement électromagnétique : c’est le phénomène de radioactivité découvert par le physicien Henri Becquerel en 1896.
La désintégration d’un noyau atomique instable est une transformation nucléaire. Pour la décrire, on utilise une équation qui concerne uniquement les noyaux atomiques. Dans le cas général, l’équation s’écrit :
A1 A2 A3
Z1 X → Z2Y + Z3 Z
Cette équation vérifie certaines lois de conservations, celle de conservation de la charge électrique et celle de conservation du nombre de masse : les lois de Soddy .
Z= symbole de la particule émise
X= symbole du noyau père
Y= symbole du noyau fils
Les types de radioactivité
Radioactivité α
Elle concerne les noyaux radioactifs lourds (ayant un excès de nucléons dans leur noyau) ; ils se désintègrent en émettant une particule α c’est-à-dire un noyau d’hélium (2 protons et 2 neutrons). Elle affecte les noyaux situés au-dessus de la vallée de stabilité (jaune). Equation générale :
A A-4 4
Z X → Z-2 Y + 2 He
Elle concerne les noyaux situés en dessous de la vallée de stabilité du diagramme, ils possèdent plus de neutrons que de protons (bleu) ; un neutron du noyau père se transforme en un proton. Le noyau fils obtenu a le même nombre de nucléons que le noyau père mais possède un proton en plus et un neutron en moins. Ils se désintègrent donc en émettant un électron noté 0-1e ou une particule β- accompagné d’un antineutrino noté V0-0.
Equation générale :
A A 0
Z X → Z+1 Y + -1 e
Radioactivité β-
Radioactité β+
Le noyau subit une désintégration β+ s’il contient trop de protons par rapport aux neutrons. Le noyau père est situé à la droite ou en dessous de la Vallée de Stabilité. Un de ses protons va donc se transformer en neutron en émettant une particule β+ (positrons) notée e ou e+
Positrons : antiparticule de l’électron de même masse mais de charge opposée
L’équation générale est : X → Y + e
Remarque : le noyau fils est décalé d’une case vers le haut et une case vers la gauche par rapport au noyau père.
Emission ɣ
Après une désintégration, le noyau fils produit peut être dans un état plus énergique que son état fondamental. Il passe vers l'énergie qui correspond à l’état le plus stable (il devient excité) et est noté Y*. Le noyau fils revient alors rapidement dans son état fondamental en une ou plusieurs étapes en émettant la différence d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement peut être décrit par l’émission de particules ici des protons très énergétiques (photons gamma)
Son équation générale est Y* → Y+ ɣ