Radioactivité γ

En général, les nucléons des noyaux fils formés au cours d’une radioactivité de type `"α"` ou `"β"` se retrouvent dans un état excité, c'est-à-dire dans un état énergétique trop élevé. Les nucléons retrouvent leur état fondamental (celui de plus faible énergie), en émettant un photon d'énergie très élevée. Or, l'énergie \(E\) d'un photon est reliée à la longueur d'onde \(\lambda\) du rayonnement associé selon la relation : \(E=\frac{h\times c}{\lambda}\) avec :

• \(E\) en `"J"`
  
• \(h\) : constante de Planck (\(h=6,626\times10^{-34} \text{ J}\cdot \text{s}\))
• \(c\) : vitesse (célérité) de la lumière dans le vide (\(c=3\times10^8 \text{ m}\cdot \text {s}^{-1}\))
  
• \(\lambda\) en `"m"`
  

Cette relation implique que la longueur d'onde \(\lambda\) d'un rayonnement est inversement proportionnelle à son énergie. La longueur d'onde \(\lambda\) d'un rayonnement `γ` (dont l'énergie est très élevée) est donc très faible.

L’équation de réaction nucléaire d’une radioactivité \(γ\) peut s’écrire : \(^{A'}_{Z'}\text{Y*}\ \longrightarrow\ ^{A'}_{Z'}\text{Y}+\gamma\).

Remarque : cette radioactivité n'affecte pas le nombre et la nature des nucléons du noyau.

Exemple : considérons la désintégration radioactive du cobalt 60 en nickel 60 selon une radioactivité β^-. Le noyau fils de nickel 60 se retrouve dans un état excité d'énergie `E_2=2,16\ "MeV"` (valeur donnée par rapport à l'état fondamental pris comme référence). Il va se stabiliser selon une radioactivité `γ` pour atteindre un nouvel état excité d'énergie  `E_1=1,33\ "MeV"`, plus stable que le précédent. Enfin, il y aura une nouvelle radioactivité `γ` qui va ramener le nickel 60 dans son état fondamental. Les deux équations de réaction que l'on peut proposer sont :

\(^{60}_{28}\text{Ni}^{*, E_2}\ \longrightarrow\ ^{60}_{28}\text{Ni}^{*, E_1}+\gamma_{2\longrightarrow1}\)

 \(^{60}_{28}\text{Ni}^{*, E_1}\ \longrightarrow\ ^{60}_{28}\text{Ni}+\gamma_{1\longrightarrow0}\)

Si l'on détermine la longueur d'onde du rayonnement émis pour chacune des réactions, on a :

 \(\gamma_{2\longrightarrow1}\)`=\frac{ 6,63\times10^{-34}\text{J·s}\times3,00\times10^8\text{m·s}^{-2}} {(2,16\times10^6-1,33\times10^6)\times1,60\times10^{-19}\text{J}}=2,40\times10^{-12}\ \text{m}` 

\(\gamma_{1\longrightarrow0}\)`=\frac{ 6,63\times10^{-34}\text{J·s}\times3,00\times10^8\text{m·s}^{-2}} {(1,33\times10^6-0)\times1,60\times10^{-19}\text{J}}=1,50\times10^{-12}\ \text{m}`

Les deux longueurs d'onde calculées sont inférieures à \(5\times10^{-12}\ \text{m}\). Ces deux rayonnements font donc bien partie des rayonnements \(γ\).