Césium 137 - Définition et Explications

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Introduction

Le césium 137, noté 137Cs, est l'un des 39 isotopes connus du césium (élément qui a le plus grand nombre d'isotope après le francium. C'est l’isotope du césium dont le nombre de masse est égal à 137 : son noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de neutrons (les nucléons). La taille du noyau (10-15 m) est considérablement plus petite que celle de l'atome (10-10 m) et...) compte 55 protons et 82 neutrons avec un spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge...) pour une masse atomique (La masse atomique (ou masse molaire atomique) d'un isotope d'un élément chimique est la masse relative d'un atome de cet isotope ; la comparaison est faite...) de 136,9070835 g/mol.

Il est caractérisé par un défaut de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) de 86 551 145 ± 2 985 eV/c2 et une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de liaison nucléaire (La liaison nucléaire est le phénomène qui assure la cohésion d'un noyau atomique.) de 1 149 292 932 ± 2 991 eV.

Origine

C’est l'un des nombreux produits de fission de l'uranium) et le plus connu, pour avoir été utilisé dans les études hydrologiques et écologique suite à une contamination générale de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) induite, à partir de 1945, par l'utilisation des bombes atomiques et des essais nucléaires (puis l'accident de Tchernobyl), et, dans une moindre mesure, à cause des rejets de centrales nucléaires ou de sites de retraitement, stockage, etc.
Son suivi a par exemple permis de mesurer à quelle vitesse (On distingue :) l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) des nappe se renouvelait, la cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) environnementale du césium (Le césium est un élément chimique de symbole Cs et de numéro atomique 55.) (notamment dans la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) alimentaire) ou si une grotte était ou non isolée du monde (Le mot monde peut désigner :) extérieur.

Radioactivité

Diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des relations, des données statistiques, de l'anatomie etc. employé dans tous les aspects des...) de désintégration du césium 137 (Le césium 137, noté 137Cs, est l'un des 39 isotopes connus du césium (élément qui a le plus grand nombre d'isotope après le francium. C'est...).

Un gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et du système CGS. L'abréviation du gramme est g.) de césium 137 pur présente une radioactivité de 3,26 TBq.
Le césium 137 se désintègre en baryum (Le baryum est un élément chimique de symbole Ba et de numéro atomique 56.) 137 (de courte durée produit de la dégradation), puis en une forme de baryum non-radioactif.

Dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...), on le trouve rarement seul. Les déchets radioactifs, ou les retombées d'essais nucléaires atmosphériques ou de l'accident de Tchernobyl peuvent également contenir du césium 135 (à très longue période radioactive), du césium 134 (période de 2 ans), mais le césium 137 (période de 30 ans) compose l'essentiel des formes du césium libérées à ces occasions.

Apparence

Quand il est pur, il se présente comme un métal alcalin (Un métal alcalin est un élément chimique de la première colonne (groupe 1, excepté l'hydrogène) du tableau périodique...) argent-doré.
Son point de fusion (Le point de fusion' ou la température de fusion d'un corps représente la température à une pression donnée, à laquelle un...) est assez proche de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) ambiante (CATP) pour qu'il soit possible de l'obtenir à l'état liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) à cette température grâce à la surfusion (comme pour le gallium (Le gallium est un élément chimique, de symbole Ga et de numéro atomique 31. Sa température de fusion (29,76 °C) lui permet de fondre dans la main....) et rubidium)

Sources de contamination

C’est un produit de fission de l’uranium et, comme tel, des quantités plus ou moins importantes de cet isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de protons dans le noyau...) ont été relâchées dans l’atmosphère d'abord dans les années 1940 et 1950 lors des essais nucléaires à l’air libre, puis lors d’accidents nucléaires (Voir la Liste des accidents nucléaires). La dernière contamination générale de la biosphère (La notion de biosphère désigne à la fois un espace et un processus auto-entretenu (jusqu'à ce jour et depuis plus de 3 milliards d'années) sur la planète Terre, et qu'on ne connait que...) a été induite par la Tchernobyl, le 26 avril 1986 qui reste aujourd’hui la principale contamination radioactive (La contamination radioactive, c'est lorsqu'un produit radioactif se dépose sur un objet ou un être, ou bien est ingéré ou inhalé par un être. La...) de la zone interdite et de certaines zones contaminées par le passage du nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un...).

Désintégration

Dans 94,6 % des cas, il donne l’isomère 137mBa du baryum 137 par désintégration β- avec une énergie de désintégration (En physique nucléaire, l'énergie de désintégration est l'énergie dégagée par la radioactivité d'une désintégration nucléaire.) de 512 000 eV et une période radioactive (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique ou radioactive. En particulier, la...) de 30,07 ans, lequel retombe à son état fondamental (En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus basse énergie. Tout état d'énergie supérieure à celle...) par transition isomérique émettant un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) γ de 661 700 eV avec une période de 2,552 minutes :

\mathrm{^{137}_{\ 55}Cs\ \xrightarrow[30,07\ ans]{\beta^-\ 512,0\ keV}\ ^{137m}_{\ \ \ 56}Ba\ \xrightarrow [2,552\ min] {\gamma\ 661,7\ keV}\ ^{137}_{\ 56}Ba}

Dans les 5,4 % des cas restants, il se désintègre directement en 137Ba avec une énergie de désintégration de 1 174 000 eV.

Le rayonnement γ émis par le 137mBa peut être utilisé à des fins médicales ou industrielles, par exemple pour l’irradiation des aliments, mais le césium 137 n’est en fait que très peu utilisé en raison de son instabilité chimique bien plus grande que celle du cobalt (Le Cobalt est un élément chimique, de symbole Co et de numéro atomique 27 et de masse atomique 59.) 60, isotope bien meilleur pour ce type d’applications car chimiquement plus simple à contrôler et émettant un rayonnement plus puissant. On le trouve dans certains appareils de mesure de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est...) ou d’humidité, des débitmètres et divers détecteurs.

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