Équilibre séculaire

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En physique nucléaire, l'équilibre séculaire est une situation où la quantité d'un radioisotope reste constante du fait que son taux de production (dû, par exemple à la désintégration d'un isotope-parent) est égal à son taux de désintégration.

Règlementation[modifier | modifier le code]

Une directive européenne [1] précise les différents équilibres séculaires à considérer pour les évaluations dosimétriques portant sur la population et les travailleurs exposés à la radioactivité.

Équilibres séculaires à considérer[modifier | modifier le code]

Source IRSN[2]

Père[3] Radionucléides descendants en équilibre Isotope fils stable
90Sr+ 90Y 90Zr
137Cs+ 137mBa 137Ba
238U+ 234Th, 234mPa cf. 238Usec
226Ra+ 222Rn, 218Po, 214Pb, 214Bi, 214Po, 210Pb, 210Bi, 210Po cf. 238Usec
210Pb+ 210Bi, 210Po cf. 238Usec
228Ra+ 228Ac cf. 232Thsec
228Th+ 224Ra, 220Rn, 216Po, 212Pb, 212Bi, 208Tl, 212Po cf. 232Thsec
238Usec 234Th, 234mPa, 234Pa, 234U, 230Th, 226Ra, 222Rn, 218Po, 214Pb, 214Bi, 214Po, 210Pb, 210Bi, 210Po 206Pb
232Thsec 228Ra, 228Ac, 228Th, 224Ra, 220Rn, 216Po, 212Pb, 212Bi, 208Tl, 212Po 208Pb

Temporalité[modifier | modifier le code]

Quand la période (T) du « père » est très nettement supérieure à celle des fils, les activités des différents fils se mettent à l’équilibre avec celle du père.

L'équilibre séculaire d'une chaîne de désintégration est atteint après un temps égal à environ 10 fois la période du fils dont la période est la plus longue : ex :

  • 234U (T=2,46.105 ans) est le fils de plus longue période dans la chaîne de 238U (T=4,47.109 ans) ; l'équilibre séculaire est donc atteint après plus de deux millions d'années
  • 228Ra (T=5,75 ans) est à considérer pour la chaîne du 232Th (T=1,40.1010 ans), l'équilibre séculaire est atteint après un demi-siècle environ.

En considérant que les activités de tous les descendants sont alors égales à l'activité de l'isotope tête de filiation, l’erreur commise est inférieure à 1 %.

L'établissement de l'équilibre séculaire explique pourquoi la radioactivité d'un échantillon peut augmenter avec le temps. Par exemple, un gramme d'uranium 238 pur présente une radioactivité de 12 434 Bq. Au bout d'un an se sont formées dans l'échantillon des quantités significatives de 234Th et 234mPa (de périodes radioactives inférieures à un mois), qui ont atteint leur équilibre séculaire avec l'uranium et présentent donc la même activité, alors que la quantité totale d'uranium 238 n'a pas diminué significativement : la radioactivité totale de l'échantillon est alors de 3 x 12 434 = 37 302 Bq. Au bout de 2,5 millions d'années (environ dix fois la période de l'uranium 234), l'équilibre séculaire de la chaîne complète est atteint : l'activité de l'uranium 238 est alors égale à celle de chacun de ses treize descendants (on néglige le 234Pa, qui représente un mode de désintégration très minoritaire). L'activité totale de l'échantillon de un gramme est alors de plus de 174 000 Bq, soit 14 fois l'activité initiale.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Directive européenne n°96/29 Euratom du Conseil du 13 mai 1996
  2. Annexe 2 : Filiation radioactive- équilibre et déséquilibre radioactif, Guide Gestion des sites potentiellement pollués par des substances radioactivesvoir p 9/166
  3. Le signe « + » signifie ici que le radionucléide représente aussi ses "fils" à vie courte, tandis que l’indice « sec » signale que le radionucléide représente également l’ensemble de ses fils à l’équilibre séculaire. La prise en compte des équilibres conduit à majorer le coefficient de dose du radionucléide « tête de chaîne » des coefficients de dose de ses descendants.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • (fr)

Bibliographie[modifier | modifier le code]