Si on appelle N0 le nombre initial d'atomes radioactifs d'un échantillon et c la demie-vie de l'atome considéré (c'est-à-dire le temps au bout duquel la moitié des atomes sont désintégrés), alors on a à tout instant t :
Première relation
On a également la loi :
Seconde relation
Ces deux relations permettent de déterminer l'âge d'un objet dont on peut mesurer le rapport entre deux éléments (dont l'un est obtenu par désintégration de l'autre), à condition de connaître le rapport initial.
Par exemple, on connaît le rapport initial carbone 12/carbone 14 car celui-ci est constant depuis la nuit des temps. En mesurant ce rapport dans une roche, on peut évaluer son âge. On peut aussi utiliser le couple Rubidium 87/Strontium 87, des couples à base de sodium,... De plus, les demies-vie sont extrêmement différentes d'un noyau à l'autre (certaines espèces durent quelques secondes, d'autres comme l'uranium plusieurs millions d'années). On peut donc choisir un isotope adapté à l'ordre de grandeur de l'âge que l'on veut calculer pour obtenir les résultats les plus précis possibles : par exemple, les momies sont souvent datées au carbone 14 car celui-ci a une demie-vie de l'ordre du siècle.

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