Demi-vie

Figure 1. Un graphique montrant la désintégration d’un noyau radioactif au fil du temps. Le temps qu’il faut à la masse ou à l’activité de la source (le nombre d’événements de désintégration par seconde) pour tomber à la marque des 50% est la demi-vie. La demi-vie dans cette image est de 1 an.

La demi-vie est le temps qu’il faut pour que la moitié de la valeur initiale d’une certaine quantité d’un élément radioactif se désintègre. De plus, une demi-vie est le temps qu’il faut pour que l’activité d’une source tombe à la moitié de sa valeur initiale. La deuxième loi de la thermodynamique, en particulier l’énoncé sur le désordre, peut être utilisé pour aider à comprendre pourquoi la désintégration radioactive se produit. Cet énoncé stipule que l’entropie d’un système fermé ne peut jamais diminuer, ce qui signifie que les choses doivent tomber davantage dans le désordre, et non dans l’ordre. Ce processus est connu sous le nom de « désintégration » et la deuxième loi permet de comprendre pourquoi la matière se décompose en un état de moins en moins organisé au fil du temps. Une partie de ce processus comprend certains types d’atomes qui se décomposent en nouveaux types d’atomes différents à un certain rythme mesurable connu sous le nom de désintégration radioactive.

Toutes les matières radioactives ont des noyaux instables en leur sein. En outre, il y a également certains noyaux dans la substance qui sont déjà dans leur état stable, mais la proportion de noyaux stables par rapport aux noyaux instables dans un échantillon peut varier. Les noyaux stables de l’échantillon sont immuables (et dans un état énergétique stable), mais les noyaux instables vont subir une sorte de désintégration nucléaire au fil du temps pour devenir stables. Cela se traduit par l’émission d’une certaine forme de rayonnement. Comme la demi-vie est une mesure du temps, la demi-vie est une valeur qui détermine combien de temps prendra cette réduction à un état énergétique plus stable.

Différentes substances subissent une perte de leur radioactivité plus rapidement que d’autres. Certains éléments radioactifs peuvent voir la moitié de leurs noyaux instables se désintégrer en moins d’une seconde. Par exemple, le krypton-101 a une demi-vie d’environ un dix millionième de seconde. En revanche, certains éléments ont une demi-vie extraordinairement longue et mettent des milliards d’années à se désintégrer. L’uranium-238 a une demi-vie de 4,51 milliards d’années. Cela signifie qu’il faudrait des milliards d’années pour que l’uranium-238 se désintègre en un rapport de moitié uranium-238 et de moitié thorium-234. L’uranium-235 (un autre isotope naturel de l’uranium) a une demi-vie plus courte que l’uranium-238, c’est-à-dire seulement ~700 millions d’années.

Equation

Il existe une équation qui est fréquemment utilisée pour déterminer la quantité d’une certaine substance radioactive qui reste après un temps donné. Cette quantité est déterminée à partir de propriétés telles que la demi-vie de la substance, et la quantité de la substance qu’il y avait initialement. L’équation utilisée est :

où :

• est la quantité de substance après que le temps se soit écoulé
• est la quantité initiale de substance
• est le temps qui s’est écoulé
• est la demi-vie de la substance

De plus, une équation similaire peut être utilisée pour montrer comment l’activité de la substance diminue avec le temps. Lorsque cela est exprimé, l’équation prend la forme :

où :

• est l’activité de la substance après que le temps se soit écoulé
• est l’activité initiale de la substance
• est la quantité de temps qui s’est écoulé
• est la demi-vie de la substance

Le graphique illustré à la figure 1 est une représentation visuelle de ces équations ci-dessus. Il est important de noter que, quelle que soit la longueur réelle de la demi-vie (qu’elle soit de millions d’années ou de quelques nanosecondes), la forme du graphique sera la même.

La connaissance des demi-vies fait partie de la façon dont les géologues datent les roches avec la datation radio-isotopique.

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