Radioactivité Bêta (β- et β+)

Les désintégrations bêta impliquent des transformations nucléaires subtiles, et les élèves s'approprient mieux ces concepts par la manipulation et la discussion. Les méthodes actives favorisent une compréhension profonde en confrontant les idées préconçues aux preuves et en encourageant l'explication mutuelle.

• Première
• Physique-Chimie Première : Matière, Énergie et Interactions
• 4 activités
• 15 min–35 min

Objectifs d’apprentissage

1. Expliquer la création d'une particule élémentaire (électron ou positon) lors d'une désintégration bêta à partir de la transformation d'un nucléon.
2. Comparer les transformations nucléaires des désintégrations bêta moins (β⁻) et bêta plus (β⁺) en termes de variation du nombre de protons et de neutrons.
3. Écrire les équations nucléaires équilibrées pour les désintégrations β⁻ et β⁺ en appliquant la conservation du nombre de masse (A) et de la charge (Z).
4. Classer un isotope donné comme susceptible de subir une désintégration β⁻ ou β⁺ en fonction de sa position par rapport à la vallée de stabilité.

Penser-Partager-Présenter

⏱ 15 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: β⁻ ou β⁺ ?

L'enseignant donne six noyaux avec leur position par rapport a la vallee de stabilite. Chaque eleve predit le type de desintegration, puis compare avec son voisin. Les desaccords sont tranches en verifiant le rapport N/Z et la position sur le diagramme.

Préparation et détails

Comment une particule bêta moins peut-elle sortir d'un noyau qui ne contient pas d'électrons?

Conseil de facilitation: Lors de l'activité Penser-Partager-Présenter, assurez-vous que chaque élève explique son raisonnement pour choisir une désintégration (β⁻ ou β⁺) en se basant sur la position par rapport à la vallée de stabilité.

Setup: Disposition de classe standard ; les élèves se tournent vers leur voisin

Materials: Consigne de discussion (projetée ou distribuée), Optionnel : fiche de prise de notes pour les binômes

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Conscience de soi
• Compétences relationnelles

Cercle de recherche

⏱ 25 min·Petits groupes

Cercle de recherche: D'ou vient l'electron ?

Avant toute explication, les groupes debattent de la question : comment un electron peut-il etre emis par un noyau qui ne contient pas d'electrons ? Chaque groupe formule une hypothese ecrite. L'enseignant collecte les propositions et guide vers la notion de transformation neutron → proton + electron + antineutrino.

Préparation et détails

Différenciez la désintégration bêta moins de la désintégration bêta plus.

Conseil de facilitation: Pendant l'Enquête Collaborative, encouragez les groupes à formuler des hypothèses audacieuses sur l'origine de l'électron avant de présenter les explications formelles.

Setup: Groupes en îlots avec accès aux ressources documentaires

Materials: Corpus de documents sources, Fiche de suivi du cycle de recherche, Protocole de formulation de questions, Canevas de présentation des résultats

• Analyser
• Évaluer
• Créer
• Autogestion
• Conscience de soi

Galerie marchande

⏱ 35 min·Petits groupes

Galerie marchande: Applications medicales des emetteurs beta

Quatre stations presentent des isotopes beta utilises en medecine : iode-131 (thyroide), fluor-18 (TEP), carbone-14 (datation), strontium-90 (radiotherapie). Les groupes ecrivent l'equation de desintegration pour chaque isotope, puis discutent du lien entre type de desintegration et application.

Préparation et détails

Écrivez les équations de désintégration bêta en respectant les lois de Soddy.

Conseil de facilitation: Durant la Galerie Marchande, guidez les élèves pour qu'ils relient explicitement chaque isotope à son application médicale spécifique et au type de désintégration qu'il subit.

Setup: Espace mural dégagé ou tables disposées en périphérie de la salle

Materials: Papier grand format ou panneaux d'affichage, Feutres et marqueurs, Post-it pour les retours critiques

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Créer
• Compétences relationnelles
• Conscience sociale

Enseignement par les pairs

⏱ 15 min·Binômes

Enseignement par les pairs: Lois de Soddy appliquees

En binome, un eleve ecrit l'equation β⁻ du carbone-14 et l'autre l'equation β⁺ du fluor-18. Chacun explique ensuite a son partenaire comment il a verifie la conservation de A et Z, et pourquoi la particule emise est differente dans les deux cas.

Préparation et détails

Comment une particule bêta moins peut-elle sortir d'un noyau qui ne contient pas d'électrons?

Conseil de facilitation: Au cours de l'Enseignement par les Pairs, demandez à chaque binôme de vérifier la cohérence des équations écrites par son partenaire, en s'assurant que les lois de Soddy sont appliquées correctement pour le carbone-14 et le fluor-18.

Setup: Espace de présentation face à la classe ou plusieurs îlots d'enseignement

Materials: Fiches d'attribution des sujets, Canevas de préparation de séance, Grille d'évaluation par les pairs, Matériel pour supports visuels

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Créer
• Autogestion
• Compétences relationnelles

Enseigner ce sujet

Pour aborder la radioactivité bêta, privilégiez une approche inductive où les élèves explorent d'abord les phénomènes avant de recevoir des explications formelles. Mettez l'accent sur la conservation des nombres (masse et charge) et sur la création de particules plutôt que sur leur simple éjection du noyau. Évitez les présentations trop théoriques au début ; préférez des problèmes concrets et des discussions guidées.

À quoi s’attendre

Les élèves démontreront une compréhension claire des différences entre la désintégration β⁻ et β⁺, y compris la conservation du nombre de masse et la variation du numéro atomique. Ils pourront expliquer l'origine des particules émises et identifier les applications concrètes de ces phénomènes.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Lors de l'Enquête Collaborative 'D'où vient l'électron ?', les élèves pourraient penser que l'électron était déjà présent dans le noyau.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Lors du débat en groupe, redirigez la discussion en demandant aux élèves de réfléchir à la composition du noyau (protons et neutrons) et de considérer comment une particule qui n'est pas un nucléon pourrait être émise, menant à l'idée de transformation.

Idée reçue courante

Pendant l'Enseignement par les Pairs, certains élèves pourraient écrire des équations où le nombre de masse A change lors d'une désintégration bêta.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Demandez aux élèves de vérifier mutuellement, dans leur binôme, si le nombre de masse (A) est identique à gauche et à droite de l'équation de désintégration écrite, et rappelez-leur que seul le numéro atomique (Z) est modifié.

Idée reçue courante

Lors de la Galerie Marchande, un élève pourrait confondre l'électron émis en β⁻ avec la particule émise en β⁺.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Lorsqu'un élève associe l'iode-131 (β⁻) à l'émission d'un positon, corrigez-le en lui rappelant que la désintégration β⁻ émet un électron et demandez-lui de chercher la différence avec la désintégration β⁺ pour le fluor-18.

Idées d'évaluation

Vérification rapide

Après l'activité Penser-Partager-Présenter, présentez aux élèves deux schémas de noyaux (un déséquilibré en neutrons, l'autre en protons) et demandez-leur d'écrire quel type de désintégration (β⁻ ou β⁺) chaque noyau est susceptible de subir et pourquoi.

Billet de sortie

En fin d'Enseignement par les Pairs, demandez à chaque élève d'écrire sur un papier l'équation de désintégration pour un isotope donné (par exemple, le Carbone-14 pour β⁻ ou le Sodium-22 pour β⁺), en s'assurant que les lois de Soddy sont respectées, et d'ajouter une phrase expliquant la transformation d'un nucléon.

Question de discussion

Au début de l'Enquête Collaborative 'D'où vient l'électron ?', posez la question : 'Comment un électron peut-il être émis par un noyau qui ne contient que des protons et des neutrons ?' Laissez les élèves débattre en petits groupes avant de lancer une discussion collective.

Extensions et étayage

• Défi : Rechercher d'autres isotopes instables et prédire leur mode de désintégration bêta, en justifiant leur choix.
• Échafaudage : Fournir des schémas simplifiés du noyau et des tables de stabilité pour aider à visualiser la position par rapport à la vallée de stabilité.
• Exploration approfondie : Étudier les différences entre les neutrinos et les antineutrinos et leur rôle dans la conservation de l'énergie et du moment cinétique.

Vocabulaire clé

Désintégration bêta moins (β⁻)	Transformation nucléaire où un neutron se convertit en proton, émettant un électron (β⁻) et un antineutrino. Le nombre de masse A reste constant, Z augmente de 1.
Désintégration bêta plus (β⁺)	Transformation nucléaire où un proton se convertit en neutron, émettant un positon (β⁺) et un neutrino. Le nombre de masse A reste constant, Z diminue de 1.
Positon	L'antiparticule de l'électron, ayant la même masse mais une charge électrique positive. Il est émis lors de la désintégration bêta plus.
Antineutrino	Particule élémentaire neutre, de masse très faible, émise avec l'électron lors d'une désintégration bêta moins pour conserver l'énergie et la quantité de mouvement.
Neutrino	Particule élémentaire neutre, de masse très faible, émise avec le positon lors d'une désintégration bêta plus pour conserver l'énergie et la quantité de mouvement.