NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) Les principes physiques
Physique hadronique
L'étude des noyaux les plus simples – et parmi eux le proton – se confond de fait avec l'étude des systèmes de quarks et de gluons confinés par l'interaction forte. Ces systèmes liés sont appelés hadrons et se partagent entre mésons (de spin multiple pair de h/4π) et baryons (de spin multiple impair de h/4π), d'où le nom de physique hadronique pour ce domaine extrêmement actif de la recherche. L'outil privilégié d'investigation expérimentale est ici la sonde électromagnétique, c'est-à-dire la diffusion d'électrons ou de muons sur les noyaux légers. De telles réactions avaient révélé dès 1968 la nature composite des protons. Les programmes actuels affinent cette description et tentent d'élucider les mécanismes du « confinement de la couleur » proposé par la chromodynamique quantique, théorie des interactions fortes qui attache aux quarks et aux gluons une charge dite de couleur. Ces expériences privilégient les réactions où de grands transferts d'énergie donnent accès à la structure à courte distance des hadrons. Si les données recueillies jusqu'ici permettent d'avoir une description assez précise de la façon dont l'énergie d'un proton se construit à partir de celle de ses constituants, on est encore incapable de déterminer la fonction d'onde des quarks et des gluons dans un hadron. Les physiciens proposent que des programmes expérimentaux ambitieux de faisceaux d'électrons intenses, continus et d'énergie suffisante (quelques dizaines de milliards d'électronvolts), complètent les résultats acquis.
Applications
En se limitant au domaine civil, la physique nucléaire a donné lieu à des applications extrêmement variées.
Applications énergétiques
Les applications énergétiques de la physique nucléaire sont bien connues et une part importante de l'électricité est maintenant produite à partir des réactions de fission des noyaux lourds (principalement l'uranium). Les travaux actuels dans ce domaine se concentrent sur la recherche de cycles moins polluants, tel le cycle du thorium, et s'attachent à trouver des solutions au grave problème des déchets radioactifs à vie longue en explorant en particulier les possibilités d'incinération des noyaux transuraniens dans un système hybride couplant un accélérateur de protons à un réacteur sous-critique.
La maîtrise des processus de fusion est un des programmes prioritaires de la recherche nucléaire appliquée. Deux voies sont explorées : la voie électromagnétique cherche à confiner un plasma de deutérium (et de tritium) dans un système de champs magnétiques intenses ; la voie inertielle essaie de tirer profit de la capacité d'effondrement d'une microsphérule de deutérium et de tritium soumise à des éclairs de lasers intenses. Malgré de réels progrès dans la compréhension de cette physique, les difficultés sont considérables et la réalisation de centrales n'est pas envisageable dans un avenir proche.
Applications médicales
Les radioéléments fabriqués par les laboratoires de physique et de chimie nucléaires trouvent de nombreuses applications dans les domaines du diagnostic et de la thérapeutique. La caméra à scintillations est un outil remarquable de diagnostic, puisqu'elle permet de suivre l'évolution de la radioactivité induite dans un organe ayant capturé un radioélément. La tomographie par émission de positons (due à la désintégration β+ de noyaux captés par les organes) a elle aussi un potentiel d'applications cliniques considérable.
Les effets de destruction cellulaire par les noyaux instables (tels que l'iode 131) ont été utilisés dès 1936 pour traiter les leucémies puis les hyperthyroïdies. La protonthérapie s'est récemment considérablement développée tandis que l'utilisation de faisceaux[...]
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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
Keystone/ Hulton Archive/ Getty Images
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
- 3 528 mots
- 3 médias
...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... -
ALPHA RAYONNEMENT
- Écrit par Bernard PIRE
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Rayonnement le moins pénétrant émis par les substances radioactives, sous la forme de noyaux d'hélium 4. Il avait été reconnu dès 1903 par Ernest Rutherford comme formé de particules chargées positivement et de masse proche de celle de l'atome d'hélium. La théorie de la désintégration...
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ANTIMATIÈRE
- Écrit par Bernard PIRE, Jean-Marc RICHARD
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Les antiprotons lents ouvrent des perspectives inédites en physique nucléaire. En frôlant les noyaux, les antiprotons peuvent exciter des niveaux d'énergie qui ne sont pas facilement accessibles avec des électrons ou des protons. L'annihilation d'un antiproton sur un noyau correspond à un dépôt très... -
ASTRONOMIE
- Écrit par James LEQUEUX
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- 20 médias
Les relations entre l'astronomie et la physique nucléaire sont tout à fait comparables. La découverte de l'origine de l'énergie libérée par le Soleil a suivi de peu celle de la transmutation nucléaire, c’est-à-dire la possibilité pour un élément chimique de se transformer en un autre par modification... - Afficher les 55 références
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
