Physique et Chimie au lycée Jan Neruda de Prague
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A. Le noyau atomique

mercredi 23 mars 2011 par Luc Tartier

Référence : Chapitre 19 Livre Hatier TCE programme 1993
 

1. Vocabulaire :

Nucléide : c’est simplement un noyau AZX donné.
Exemple : le carbone 12.
Elément (chimique) : c’est une catégorie d’atomes ayant le même nombre de protons.
Exemple : le carbone C (naturel)
Isotope  : c’est un atome qui a le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons.
Exemple : le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone 12.
 
Le carbone naturel contient 99% de carbone 12, 1% de carbone 13 (stable) et des traces de carbone 14 (radioactif). Si on isole du carbone, sa teneur en carbone 14 diminue avec le temps.

 

2. Masse et énergie :

a) Unité de masse atomique : 1u = M(12C)/(12.NAvogadro) = 1,6605.10-27 kg
On a donc m(proton) = 1,007276 u et m(neutron) = 1,0086655 u.
Remarquez le nombre de chiffres significatifs nécessaires pour faire les calculs en physique nucléaire...

 
b) mais la masse, c’est de l’énergie dirait A. Einstein : E0 = mc². Les réactions nucléaires dégagent tellement d’énergie que la masse diminue de manière sensible.
 
c) Le Joule n’est pas adapté à l’échelle microscopique :
1eV = 1,6.10-19 C x 1V = 1,6.10-19 J
Les réactions chimiques mettent en jeu des énergies de l’ordre de l’électron-volt.
1MeV = 106eV
Les réactions nucléaires mettent en jeu des énergies des millions de fois plus grandes (Les bombes nucléaires sont comparées à de Mégatonnes de TriNitroToluène.).
 
d) Puisque l’énergie c’est de la masse, alors mon peut calculer
m = E0/c² en MeV/c² pour faire simple...
On a alors 1u = 931 MeV/c², m(proton) = 938,2 MeV/c² et m(neutron) = 939,5 MeV/c².
Les électrons sont très légers pour les physiciens nucléaires m(électron) = 0,511 MeV/c².
 
 

3. Stabilité des noyaux

a) L’énergie de liaison du noyau provient du travail des forces nucléaires qui n’apparaissent que lorsque les nucléons sont suffisamment proches. Elles doivent être supérieure aux forces de répulsion coulombienes entre les protons.
L’énergie libérée par leur travail assure la stabilité du noyau : plus il y a d’énergie libérée lors de sa formation, plus il est difficile de revenir en arrière (détruire le noyau).
 
b) Energie de liaison par nucléon :
Comparons ce qui est comparable : un noyau plus lourd a besoin de plus d’énergie de liaison. Plus EA= Eliaison/A est grande (en valeur absolue) plus le noyau est stable.
 
c) La courbe d’Aston montre les valeurs énergies de liaison des noyaux en fonction de leur nombre de charge.
On constate que les éléments très légers ou très lourds sont moins liés :
 La fusion de deux noyaux très légers en donnent un plus lié donc libère de l’énergie.
 La fission d’un noyau très lourd en donne deux plus liés donc libère aussi de l’énergie.
 
d) La vallée de stabilité est une surface en 3D qui montre les noyaux les plus instables "en haut" et les plus stables "en bas". Par désintégrations successives, un noyau radioactif (père) donne une famille radioactive qui se termine tout au fond de la vallée.
  • Allez voir cet applet java pour consulter la base de donnée sur votre navigateur (choisir coloration par Energie de liaison par A pour avoir la vallée avec le fond en noir)
  • Vous pouvez aussi télécharger le programme Nucleus-Win3D qui est gratuit et très puissant et vous permet de naviguer dans cette vallée en 3D, et de voir les familles radioactives (Choisir Option Langue Français puis menu Filiations Noyau actuel)
 

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