Certains noyaux atomiques sont instables et se désintègrent spontanément en émettant des rayonnements. C'est la radioactivité. Trois types principaux : Radioactivité α (alpha) : émission d'une particule α (noyau d'hélium ⁴₂He). Le noyau père perd 4 de masse et 2 de charge. Faible pouvoir pénétrant (arrêté par une feuille de papier) mais dangereux si ingéré. Radioactivité β⁻ (bêta moins) : un neutron se transforme en proton + électron émis. Le numéro atomique augmente de 1, la masse reste identique. Radioactivité γ (gamma) : émission d'un photon de haute énergie après une désintégration α ou β. Très pénétrant (nécessite du béton ou du plomb pour l'arrêter). La période (demi-vie T₁/₂) est le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux radioactifs se désintègrent.
La fission nucléaire est la rupture d'un noyau lourd (uranium 235 ou plutonium 239) par un neutron lent. Elle libère une énergie colossale (E = mc² d'Einstein). Réaction en chaîne : la fission d'un ²³⁵U libère 2-3 neutrons qui peuvent provoquer d'autres fissions → réaction auto-entretenue. Dans un réacteur nucléaire : les barres de contrôle (bore ou hafnium) absorbent les neutrons en excès pour réguler la réaction. L'eau sous pression (ou lourde) sert de modérateur (ralentit les neutrons) et de caloporteur. La chaleur produite chauffe de l'eau → vapeur → turbine → électricité. Un réacteur de 1 GW produit autant d'énergie que la combustion de 3 millions de tonnes de charbon annuellement.
Les déchets nucléaires sont radioactifs pendant des dizaines à des milliers d'années (selon les isotopes). Ils sont classés par niveau d'activité : faible (vêtements, outils contaminés), moyen, et haute activité (barres de combustible usagé). La gestion actuelle prévoit le stockage géologique profond (à 500m sous terre, dans des formations géologiques stables). Les risques des rayonnements ionisants sur la santé : mutations de l'ADN, cancers, leucémies. La catastrophe de Tchernobyl (1986) et Fukushima (2011) ont montré les conséquences potentielles d'accidents nucléaires. Le radon est un gaz radioactif naturel (issu de la désintégration de l'uranium dans le sol) qui peut s'accumuler dans les bâtiments mal ventilés.
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a) 11460 ans = 2 × T½ (2 × 5730). Après 1 demi-vie : 1000/2 = 500 atomes. Après 2 demi-vies : 500/2 = 250 atomes. Il reste 250 atomes de ¹⁴C. Vérification : N = 1000 × (1/2)² = 1000/4 = 250 ✓ b) 25% = 1/4 = (1/2)² → 2 demi-vies. Âge = 2 × 5730 = 11460 ans.