Voir la source de Radioactivité α

[[File:Modes de désintégration radioactive radioactivité alpha.svg|vignette|Différents modes de désintégration radioactive : radioactivités α, [[Radioactivité β#Désintégration β−|β{{exp|−}}]] et [[Radioactivité β#Désintégration β+|β{{exp|+}}]], [[capture électronique]] ε, [[émission de neutron]] n et [[émission de proton]] p.]]
[[Image:Alfa beta gamma radiation.svg|200px|thumb|Ce diagramme présente les différents genres de radiations ionisantes et leur capacité à pénétrer la matière. Les particules alpha sont arrêtées par une simple feuille de papier tandis que les particules bêta sont stoppées par une feuille d'aluminium. Le rayonnement gamma quant à lui, très pénétrant, est amorti quand il pénètre de la matière dense. Les rayons gamma peuvent être arrêtés avec quatre mètres de béton.]]

La '''radioactivité alpha''' (ou rayonnement alpha, symbolisé α) est le rayonnement provoqué par la '''désintégration alpha''', soit la forme de désintégration [[radioactivité|radioactive]] où un [[noyau atomique]] {{math|X}} éjecte une {{nobr|[[particule α]]}} et se transforme en un noyau {{math|Y}} de [[nombre de masse]] {{mvar|A}} diminué de 4 et de [[numéro atomique]] {{mvar|Z}} diminué de 2.

== Histoire ==
{{...}}
En 1898, [[Ernest Rutherford]] découvre que la radioactivité émise par un minerai d'[[uranium]] est un mélange de deux phénomènes distincts qu'il appelle radioactivité α et [[radioactivité β]]<ref name = "fernandezI3">{{Ouvrage|langue = français|titre = De l'atome au noyau|sous-titre = Une approche historique de la physique atomique et de la physique nucléaire|auteur = Bernard Fernandez|éditeur = [[Éditions Ellipses|Ellipses]]|pages totales = 597|isbn = 978-2729827847|année = 2006|partie = I|numéro chapitre = 4|titre chapitre = L'émanation du thorium}}.</ref>. Le rayonnement β est initialement plus étudié que le rayonnement α, car ce dernier est peu pénétrant et donc plus difficile à étudier<ref name = "fernandezI4">{{Ouvrage|langue = français|titre = De l'atome au noyau|sous-titre = Une approche historique de la physique atomique et de la physique nucléaire|auteur = Bernard Fernandez|éditeur = [[Éditions Ellipses|Ellipses]]|pages totales = 597|isbn = 978-2729827847|année = 2006|partie = I|numéro chapitre = 5|titre chapitre = L'écheveau démêlé}}.</ref>. En 1903, Rutherford et [[Frederick Soddy|Soddy]] montrent que les particules alpha sont chargées, ont une masse de l'ordre de celle d'un atome léger et une vitesse de l'ordre de {{Unité|25000|km/s}}, c'est-à-dire des caractéristiques très différentes de celles des électrons constituant le rayonnement β<ref name = "fernandezI4"/>. En 1904, [[William Henry Bragg]] découvre que la vitesse d'émission d'une particule α est propre à l'atome radioactif qui l'émet<ref name = "fernandezII3">{{Ouvrage|langue = français|titre = De l'atome au noyau|sous-titre = Une approche historique de la physique atomique et de la physique nucléaire|auteur = Bernard Fernandez|éditeur = [[Éditions Ellipses|Ellipses]]|pages totales = 597|isbn = 978-2729827847|année = 2006|partie = II|numéro chapitre = 3|titre chapitre = La diffusion des particules α}}.</ref>. À la même période, Rutherford mesure le rapport entre la masse d'une particule α et sa charge<ref name = "fernandezII3"/>. De plus Rutherford et [[Hans Geiger]] parviennent à compter une par une les particules α émises par un échantillon de [[radium]], ce qui permet d'en déduire la charge d'une seule particule et donc sa masse : ils obtiennent la preuve que les particules α sont des atomes d'[[hélium]] ayant perdu leurs charges négatives<ref name = "fernandezII3"/>{{,}}<ref group = N>Il s'agit en fait de [[Noyau atomique|noyaux]] d'[[hélium 4]], mais la notion de noyau atomique et celle d'[[isotope]] n'étaient pas connues à l'époque.</ref>. Cette mesure permet également une toute première détermination de la [[demi-vie]] du [[Isotopes du radium|radium 226]] estimée alors à {{Unité|1760|ans}}<ref group="N">Actuellement, la valeur la mieux connue de la [[demi-vie]] du [[Isotopes du radium|radium 226]] est fixée à {{Unité|1600|ans}}.</ref> et aussi de calculer une valeur du [[nombre d'Avogadro]] proche des autres valeurs obtenues à l'époque<ref name = "fernandezII3"/>. En 1909 est réalisée l'[[expérience de Rutherford]] qui établit l'existence du [[noyau atomique]] grâce au bombardement d'une [[feuille d'or]] par des particules α<ref name = "fernandezII3"/>.

== Phénomène physique ==

[[Fichier:Alpha Decay.svg|vignette|Émission d'une particule alpha.]]

La désintégration alpha peut être vue comme une forme de [[fission nucléaire]] où le noyau père se scinde en deux noyaux fils dont l'un est un noyau d'hélium :
:{{Nucléide|[[Nombre de masse|{{mvar|A}}]]|[[Numéro atomique|{{mvar|Z}}]]|&thinsp;{{math|X}}}} ⟶ {{Nucléide|[[Nombre de masse|{{nobr|{{mvar|A}} – 4}}]]|[[Numéro atomique|{{nobr|{{mvar|Z}} – 2}}]]|&thinsp;{{math|Y}}}} + {{Nucléide|4|2|He|Hélium 4}}
ou
:{{Nucléide|[[Nombre de masse|{{mvar|A}}]]|[[Numéro atomique|{{mvar|Z}}]]|&thinsp;{{math|X}}}} ⟶ {{Nucléide|[[Nombre de masse|{{nobr|{{mvar|A}} – 4}}]]|[[Numéro atomique|{{nobr|{{mvar|Z}} – 2}}]]|&thinsp;{{math|Y}}}} + [[Particule α|α]].

où {{mvar|A}} représente le [[nombre de masse]] (nombre de [[nucléon]]s) et {{mvar|Z}} le [[numéro atomique]] (nombre de [[proton]]s).

Il est vite apparu un lien remarquable entre l'[[énergie disponible]] de la réaction (pratiquement, l'énergie cinétique de la particule α) et la [[période radioactive]] du noyau père : les périodes sont d'autant plus grandes que l'énergie disponible est petite. Cette observation a mené à une interprétation de la désintégration comme due à un [[effet tunnel]] entre le [[puits de potentiel]] intranucléaire et l'extérieur de la barrière de [[potentiel électrique|potentiel coulombienne]] existant entre les deux noyaux finaux ; ceci constitue le fondement du [[nucléosynthèse stellaire|modèle de Gamow]].

La désintégration alpha est la principale façon pour un atome de perdre spontanément des nucléons (en l'occurrence 4 par 4, 2 neutrons et 2 protons). Les autres ([[émission de neutron]]s, [[émission de proton]]s et [[fission spontanée]]) concernent relativement peu de [[nucléide]]s.

== Spectre énergétique ==
[[Fichier:Zircon biotite matrix.jpg|vignette|Un [[zircon]] dans une matrice de [[biotite]] : Des '''particules alpha''' émises par désintégration radioactive bombardent et détruisent la matrice ; il se forme ce qu'on appelle un [[Pléochroïsme|halo pléochroïque]]. On parle aussi d'[[Métamicte|état métamicte]] pour décrire le caractère [[Amorphisation|amorphe]] de la matrice irradiée.]]
Au niveau énergétique, la désintégration α présente un [[Raie_spectrale|spectre de raie]], signature de la différence des masses des noyaux père et fils.

Pour certains [[isotope]]s, la raie est unique, mais pour d'autres un même noyau père peut (statistiquement) mener au noyau fils dans plusieurs états différents : soit son fondamental, soit l'un de ses [[Excitation (physique)|états excités]], il conserve alors une partie de l'énergie retranchée à celle que reçoit la particule α.
Une série de raies est alors présente dont l'intensité dépend de la probabilité de chacune des transitions.

Si le noyau résultant est dans un état excité qui n'est pas [[Isomérie nucléaire|métastable]], on observe presque simultanément à la désintégration alpha un [[Rayon gamma|rayonnement gamma]] par désexcitation pour revenir au fondamental.
Le [[schéma de désintégration]] détaillé des particules indique la probabilité relative de chaque raie et les rayonnements gamma éventuellement associés.

=== Vitesse d'émission de la particule &alpha; ===
La masse relativement importante de la particule &alpha;  réduit d'autant sa vitesse pour une énergie donnée. Comme l'énergie associée à la radioactivité alpha est toujours inférieure à 10 MeV<ref>Oregon State University : Chemistry 418/518 Nuclear Chemistry Spring 2012 - Chapter 7 - Alpha Decay {{lire en ligne|lien=http://oregonstate.edu/instruct/ch374/ch418518/Chapter%207%20Alpha%20Decay-rev.pdf|langue=en|texte=texte en ligne|date=18 octobre 2012}}</ref>, autour de 5 MeV dans la majorité des cas – soit une vitesse de 15 300 km/s –, elle n'est pas suffisante pour que les particules &alpha;  émises soient relativistes. Ce fait, associé à leur caractéristique de particules chargées (Z = 2), leur confère une pénétration faible (quelques centimètres dans l'air).

La particule &alpha; ayant une masse non négligeable, une impulsion en réaction est conférée au noyau émetteur qui reste modérée (vitesse de l'ordre de 280 km/s) sans être complètement négligeable.

{{Boîte déroulante/début|align=left|titre=Évaluation des vitesses et énergies moyennes de la particule et du noyau émetteur}}

'''Masses atomiques et masses des particules'''<br><br>
Nombre moyen de nucléons dans l'émetteur alpha avant émission de la particule = 224 (masse atomique moyenne des émetteurs &alpha; des quatre [[Chaîne de désintégration|chaines de désintégration]], soit:
* A = 224 
* N moyen = Arrondi (0,6427 * A - 7,707) = [[Vallée de stabilité|136]] neutrons
* Z moyen = A - N moyen = 224 - 136 = 88 protons
Masse de la particule &alpha; 
:<math>.\quad m_{\alpha} =  2 * m_{proton} + 2 * m_{neutron} = 4 \quad.</math><span style="font-size: +1;">uma</span> au {{1er|ordre}}<br><br>
Masse de l'atome après émission de la particule; 
:<math>.\quad M_{atome} =  (88 - 2) * m_{proton} + (136 - 2) * m_{neutron} = 220 \quad.</math><span style="font-size: +1;">uma</span> au {{1er|ordre}}<br><br>
:<math>.\quad m_{proton} = 1,6726E^{-27} \quad.</math><span style="font-size: +1;">kg</span> <br><br>
:<math>.\quad m_{neutron} = 1,67493E^{-27}  \quad.</math><span style="font-size: +1;">kg</span> <br><br>
:<math>.\quad m_{\alpha} = 6,695E^{-27} \quad.</math><span style="font-size: +1;">kg</span> <br><br>
:<math>.\quad M_{atome} = 3,6829E^{-25} \quad.</math><span style="font-size: +1;">kg</span> <br><br>

'''Conservation de la quantité de mouvement:'''<br><br> 
:<math>.\; m_{\alpha} * v_{\alpha} = M_{atome} * V_{atome} \;.</math> d'où <math>.\; V_{atome} = {m_{\alpha} \over M_{atome}} * v_{\alpha} \;. </math><br><br>

'''Bilan énergétique:'''<br><br>
Énergie totale libérée lors de la désintégration &alpha; = 5 MeV = 8,011E<sup>-13</sup> J
:<math>.\; {1 \over 2 }  * m_{\alpha} * v_{\alpha}^2 + {1 \over 2 }  * M_{atome} * V_{atome}^2 = E \;.</math><br><br>
:<math>.\;   m_{\alpha} * v_{\alpha}^2 +  M_{atome} * { m_{\alpha}^2 * v_{\alpha}^2 \over M_{atome}^2 }  = 2 * E \;.</math><br><br>
:<math>.\;   m_{\alpha} * v_{\alpha}^2 * ( 1 +   { m_{\alpha} \over M_{atome} } ) = 2 * E \;.</math><br><br>
:<math>.\;    v_{\alpha}  = \sqrt{  { 2 * E \over m_{\alpha} * ( 1 +   { m_{\alpha} \over M_{atome} } ) } } \;.</math>, d'où par symétrie:<br><br> 
:<math>.\;    V_{atome}  = \sqrt{  { 2 * E \over M_{atome} * ( 1 +   { M_{atome} \over m_{\alpha} } ) } } \;.</math><br><br> 
:<math>.\;    Ec_{atome}  = {1 \over 2 }  * M_{atome} * V_{atome}^2 = {1 \over 2 }* { M_{atome} *2 * E \over M_{atome} * ( 1 +   { M_{atome} \over m_{\alpha} } ) } = { E \over ( 1 +  {M_{atome}\over m_{\alpha}}) } \;.</math> d'où par symétrie:<br><br> 
:<math>.\;    Ec_{\alpha}  =  { E  \over ( 1 +  { m_{\alpha} \over M_{atome} }) }  \;.</math>

<br><br> ''' Numériquement:'''
:<math>.\;    v_{\alpha}  = 15 330 \;.</math><span style="font-size: +1;">km/s</span>
:<math>.\;    V_{atome}  = 279 \;.</math><span style="font-size: +1;">km/s</span> 
:<math>.\;    Ec_{\alpha}  =  { E  \over ( 1 +  {4 \over 220 }) } = 4,91 \;.</math><span style="font-size: +1;">MeV</span>  
:<math>.\;    Ec_{atome}  =  { E  \over ( 1 +  {220 \over 4 }) }= 0,0893 \;.</math><span style="font-size: +1;">MeV</span> 


{{Boîte déroulante/fin}}

== Exemples ==

La désintégration de l'uranium 238 s'écrit :
:{{Nucléide|238|92|U|Uranium 238}} ⟶ {{Nucléide|234|90|Th|Thorium 234}} + [[Particule α|α]].

Elle peut être précisée sous la forme :
:{{Nucléide|238|92|U|Uranium 238}} ⟶ {{Nucléide|234|90|Th|Thorium 234}} + {{Nucléide|4|2|He|Hélium 4}}.

En effet la particule alpha est un noyau d'[[hélium]] et la désintégration conserve bien le nombre total de nucléons et la [[charge électrique]] totale.

En aval le thorium 234 se transforme en [[uranium 234]] dont la période est longue (245 500 ans), présent dans l'uranium naturel, et qui est le véritable « fils » de l'uranium 238 dans sa [[chaîne de désintégration]].
:{{Nucléide|238|92|U|Uranium 238}}<math>\;\xrightarrow[4,4688~Ga]{\alpha}\;</math>{{Nucléide|234|90|Th|Thorium 234}} + {{Nucléide|4|2|He|Hélium 4}} ;
:{{Nucléide|234|90|Th|Thorium 234}}<math>\;\xrightarrow[24,1~j]{\beta}\;</math>{{Nucléide|234m|91|Pa|Protactinium 234m}} + [[Électron|e{{exp|−}}]] + [[Antineutrino électronique|{{Surligner|{{mvar|ν}}}}{{ind|e}}]] ;
:{{Nucléide|234m|91|Pa|Protactinium 234m}}<math>\;\xrightarrow[1,17~min]{\beta}\;</math>{{Nucléide|234|92|U|Uranium 234}} + [[Électron|e{{exp|−}}]] + [[Antineutrino électronique|{{Surligner|{{mvar|ν}}}}{{ind|e}}]].

En effet le thorium 234 formé par émission de la particule &alpha; a perdu 2 protons par rapport à la proportion d'équilibre (celle de l'uranium 238 ou du [[thorium 232]]) et se trouve en excès de neutrons. 

Autre exemple courant, la désintégration du [[radium]] qui se transforme en [[radon]] :
:{{Nucléide|226|88|Ra|Radium 226}} ⟶ {{Nucléide|222|86|Rn|Radon 222}} + {{Nucléide|4|2|He|Hélium 4}}.

== Liens externes ==

* [http://www.acro.eu.org/notions-de-base-de-radioactivite/ A C R O – Notions de base de radioactivité]
* [http://curriculum.cna.ca/curriculum/cna_radiation/alpha_decay-fra.asp?bc=D%25E9sint%25E9gration%2520alpha&pid=D%25E9sint%25E9gration%2520alpha CNA – Désintégration alpha]
* [http://biochimej.univ-angers.fr/Page2/COURS/5RayonIONISANT/Cours1/1Cours1.htm#4EmissionAlpha Université d'Angers – Rayonnements ionisants et radioactivité – L'émission alpha]

== Notes et références ==

=== Notes ===

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=== Références ===
{{Références}}

{{autres projets| commons=Alpha decay| commons2=Category:Ionizing radiation| commons titre2=Rayonnement ionisant}}

{{Palette|Processus nucléaires}}
{{portail|physique|chimie}}

[[Catégorie:Mode de désintégration|alpha]]