Physique nucléaire
La physique nucléaire est la description et l'étude du comportement du principal constituant de l'atome: le noyau.
Le noyau atomique
Le noyau d'un atome est un assemblage de protons et de neutrons, que l'on appelle nucléons. Un élément X (nucléide) est caractérisé par la structure de son noyau, décrite par deux nombres: Z le nombre de protons et N celui de neutrons.
On pose A = Z + N et on adoptera la notation suivante (que l'on lira X, Z, A): AZX. A sera appelé le nombre de masse et Z le nombre de charge.
Les nucléides qui ont la même valeur pour Z (mais pas nécessairement pour N) sont appelés isotopes d'un même élément.
La masse atomique isotopique d'un élément est la masse correspondant à Na isotopes de l'élément, où Na est le nombre d'Avogadro définit par:
Na = 12 / (masse 126C)
La masse atomique naturelle est la moyenne pondérée des masses atomiques isotopiques d'un élément X.
Energie de liaison du noyau
C'est l'énergie nécessaire à la destruction du noyau, c'est-à-dire à la séparation des nucléons.
On observe en effet que sa masse diffère de la somme des masses de ses constituants. Lors de la destruction du noyau, il y a augmentation de la masse du système.
Le défaut de masse est la différence de la somme des masses des nucléons et de celle du noyau. Cette différence se retrouve sous forme d'énergie E grâce au principe d'équivalence masse-énergie (E = m c2) d'Einstein.
L'énergie de liaison par nucléon s'écrit E / A (A est le nombre de masse). Elle est comprise entre 7,4 MeV et 8,8 MeV et atteint son maximum pour le Fer 56.
Réactions nucléaires
Une réaction est dite nucléaire lorsqu'il y a modification de la nature d'un ou plusieurs noyaux. Participent alors à la réaction protons et neutrons (que nous noterons respectivement 11p, 10n, mais également électrons 0-1e et positons 01e.
Réaction de Rutherford: il n'y a pas conservation de la masse mais de l'énergie totale des particules.
147N + 42He -> 178O + 11p
Réaction de Chadwick (1932):
94Be + 42He -> 126C + 10n
Réaction de Joliot et Curie (1934): nu désigne l'émission d'un photon de fréquence nu.
- 2713Al + 42He -> 3015P + 10n
- 3015P -> 3014Si + 01e + nu