3. Les réactions nucléaires
• La radioactivité
La radioactivité des noyaux atomiques découverte par Henri Becquerel en 1896 fit rapidement l'objet d'intenses recherches. En 1903, Rutherford énonça la loi mathématique de décroissance radioactive qui donne le nombre de noyaux présents à l'instant t : N = N0 exp(—t/τ), où N0 est le nombre initial de noyaux et τ la vie moyenne (reliée à la période T après laquelle la moitié des noyaux se sont désintégrés par T = 0,693 τ). Cette période dépend énormément du type de noyau considéré mais est caractéristique de celui-ci. Cette loi de décroissance est une illustration du caractère aléatoire du mécanisme sous-jacent et de sa nécessaire description dans le cadre quantique.
La théorie de la désintégration α, dans laquelle un noyau d'hélium est éjecté, fut proposée en 1927 par George Gamow, Ronald Gurney et Edward U. Condon. La réaction : (A, Z) → (A — 4, Z — 2) + α est spontanée pour certains éléments naturels de nombre atomique supérieur à 82 et a été observée pour des isotopes artificiels de Z plus petits.
La compréhension de la radioactivité β dut attendre, d'une part, l'audacieuse hypothèse de l'existence du neutrino formulée en 1930 par Wolfgang Pauli et, d'autre part, le modèle proposé en 1934 par Enrico Fermi. Les deux modes β— et β+ de ce phénomène relèvent de l'interaction nucléaire faible et changent un noyau en un isobare selon les réactions : (A, Z) → (A, Z + 1) + électron + antineutrino ; (A, Z) → (A, Z — 1) + positon + neutrino.
La radioactivité γ correspond, quant à elle, à une désexcitation électromagnétique d'un état excité du noyau vers un état plus stable. D'autres radioactivités, plus rares (émission de protons ou de noyaux légers jusqu'au carbone), ont aussi été mises en évidence.
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