NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) Les principes physiques
On connaît actuellement des centaines de noyaux atomiques. Chacun est représenté par son nombre atomique Z, c'est-à-dire le nombre de protons qu'il contient, et par son nombre de masse A, qui correspond au nombre total de ses nucléons (protons ou neutrons). Des éléments contenant le même nombre de protons mais possédant des nombres de masse différents sont dits isotopes. Ainsi, les noyaux d'hydrogène (Z = 1, A = 1), de deutérium (appelé aussi deuton, Z = 1, A = 2) et de tritium (ou triton, Z = 1, A = 3) sont-ils trois isotopes du même élément, et l'uranium se présente principalement sous deux isotopes de nombres de masse 235 et 238. Les isotopes ont des propriétés chimiques très voisines, car celles-ci dépendent d'une distribution électronique quasi identique, mais leurs propriétés physiques sont extrêmement différentes et leurs applications, très nombreuses, couvrent divers domaines.
Les propriétés du noyau atomique
James Chadwick
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On représente souvent les noyaux dans un diagramme (N, Z) où l'on porte sur les axes de coordonnées le nombre N de neutrons et le nombre Z de protons ; les quelque 300 noyaux stables s'y rassemblent dans une « vallée de stabilité » entourée d'une large bande qui contient les noyaux instables.
Selon la relation d'Einstein, l'énergie de liaison (EL) d'un noyau est la différence entre sa masse M et la somme des masses des protons (MP) et des neutrons (MN) constituants ; pour un noyau contenant Z protons et N neutrons, elle est égale à : EL = (Z MP + N MN — M) c2, où c est la vitesse de la lumière.
L'énergie de liaison équivaut typiquement à 1 p. 100 de la masse totale, ce qui est considérable. Ainsi l'énergie de liaison nucléaire des noyaux contenus dans quelques grammes d'hélium se mesure en milliards de joules, soit des millions de fois plus que l'énergie libérée par une réaction chimique.
Les volumes des noyaux sont approximativement proportionnels à leur nombre de masse (A), leur rayon étant approximativement donné par la formule : R = 1,2A1/3 × 10 –15 m.
Encore faut-il garder à l'esprit que le caractère quantique de la physique des noyaux ne permet de parler que de rayon moyen défini à partir d'une fonction d'onde exprimant une probabilité de présence ; la densité nucléaire décroît brutalement sur une épaisseur de quelques dixièmes de femtomètre (10—15 m).
Les noyaux possèdent un moment angulaire intrinsèque quantifié selon les règles de la mécanique quantique en multiples de la quantité élémentaire h/4π, où h est la constante de Planck. Lorsqu'il n'est pas nul – et c'est le cas le plus fréquent –, ce moment angulaire implique l'existence d'un moment magnétique nucléaire, d'intensité très inférieure à celui des électrons mais d'intérêt fondamental pour les phénomènes de résonance aux applications diverses.
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Écrit par
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
Classification
Pour citer cet article
Bernard PIRE. NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Les principes physiques [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Médias
James Chadwick
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Niels Bohr et Ivan P. Pavlov
Yakov Khalip/ Slava Katamidze Collection/ Hulton Archive/ Getty Images
Autres références
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ACCÉLÉRATEURS DE PARTICULES
- Écrit par Michel CROZON, Jean-Louis LACLARE
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...qui permit de disposer de sources de particules de faible vitesse : particules α ou noyaux d'hélium (rayonnement α) et électrons (rayonnement β). La physique nucléaire expérimentale démarra avec l'étude des effets de ces rayonnements sur les noyaux atomiques. Très vite, on éprouva le besoin de changer... -
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Voir aussi
- ISOTOPES
- NUCLÉAIRE CHIMIE
- NOYAU ATOMIQUE
- NOMBRE DE MASSE (A)
- RADIOÉLÉMENTS ou RADIONUCLÉIDES ou ISOTOPES RADIOACTIFS
- CARBONE 14 DATATION PAR LE
- DATATION RADIOCHRONOLOGIQUE
- NUCLÉAIRES RÉACTIONS
- COUCHES MODÈLE EN, physique nucléaire
- RÉACTION EN CHAÎNE, physique nucléaire
- FISSION NUCLÉAIRE
- NUCLÉONS
- GOUTTE LIQUIDE MODÈLE DE LA
- NOMBRES MAGIQUES
- PÉRIODE ou DEMI-VIE, radioactivité
- ÉNERGIE NUCLÉAIRE
- NUMÉRO ATOMIQUE ou NOMBRE ATOMIQUE (Z)
- HADRONS
- ÉNERGIE DE LIAISON
- FUSION THERMONUCLÉAIRE CONTRÔLÉE
- ÉTOILES GÉANTES ROUGES
- MODÈLE, physique
- FUSION NUCLÉAIRE
- ÉLÉMENTS SUPERLOURDS
- COULEUR, physique des particules
- STABILITÉ, physique nucléaire
- MODÈLE COLLECTIF, physique nucléaire
- EINSTEIN RELATION D'
- CONFINEMENT, chromodynamique
- INTERACTION NUCLÉAIRE FAIBLE
- INTERACTION NUCLÉAIRE FORTE
- MOMENT MAGNÉTIQUE
- DÉSINTÉGRATION, physique
- MODÈLE NUCLÉAIRE
