BOHR NIELS (1885-1962)

Théorie des réactions nucléaires

Les réactions induites par impact de neutrons lents sur les noyaux présentent, pour un intervalle donné de valeurs de l'énergie du neutron incident, une grande prédominance de la capture de celui-ci par le noyau-cible : cela ne pouvait s'expliquer si l'on représentait l'interaction entre le neutron et le noyau par un simple potentiel attractif. En 1936, Bohr se rendit compte que pour sortir de l'impasse il fallait envisager le processus d'un point de vue radicalement différent. Les probabilités de capture observées indiquaient que le premier stade de la réaction devait consister en la formation d'un noyau composé de vie moyenne relativement longue – formation due à la distribution de l'énergie du neutron incident entre tous les nucléons constitutifs du noyau-cible par suite des collisions mutuelles de ces nucléons ; en raison de cette dispersion de l'énergie, aucun des nucléons du noyau composé ne possède en moyenne assez d'énergie pour s'échapper, et la désintégration du noyau composé ne peut se produire que par suite d'une fluctuation statistique, conduisant à la concentration fortuite d'une quantité suffisante d'énergie sur l'un des modes possibles de désintégration du système. Le stade final de la réaction est donc le résultat statistique d'une compétition entre ces modes de désintégration : émission de rayonnement ou émission de fragments formés d'un ou de plusieurs nucléons. Cette théorie rend compte non seulement des réactions dues à l'impact de neutrons lents, mais d'une classe très étendue d'autres réactions des types les plus divers ; de plus, elle suggère la comparaison des états excités du noyau à ceux d'une gouttelette liquide portée à une température élevée, analogie qui, malgré ses limitations évidentes, s'est également révélée extrêmement féconde : elle a notamment conduit (1952) à la prédiction de modes d'excitation collective des noyaux, liés à la déformabilité de ceux-ci.

Un des modes possibles de désintégration d'un noyau composé suffisamment lourd est la fission de ce noyau en deux fragments de masses comparables. La fission de l'uranium par impact de neutrons, établie expérimentalement en 1939, fut bientôt interprétée par Bohr sur la base de sa théorie. En particulier, il dégagea des données expérimentales, par une magistrale analyse, la différence de comportement qui existe entre l'isotope abondant et l'isotope rare de l'uranium, le dernier étant fissile par neutrons lents, et il en donna une explication fondée sur la différence des énergies de liaison d'un neutron à un noyau selon que celui-ci contient un nombre pair ou impair de neutrons. Il établit ainsi la généralité de cette distinction essentielle des noyaux en deux classes sous le rapport de la fission, distinction bientôt confirmée par la production du plutonium (1941) qui offrait un autre exemple, conforme aux prévisions, d'élément fissile par neutrons lents.