NUCLÉAIRE (PHYSIQUE)Noyau atomique

Masse et énergie de liaison

Une autre caractéristique fondamentale des noyaux est leur masse, généralement exprimée en unité d'énergie selon la relation E = Mc². Leur mesure s'effectue à l'aide de spectrographes de masse, ou encore, pour les éléments artificiels de courte période, par l'intermédiaire du bilan énergétique des transitions radioactives et des réactions nucléaires qui produisent ou désintègrent l'élément étudié. Elle permet d'accéder à une donnée très instructive des noyaux qui est leur énergie de liaison B(A, Z) définie par la relation :

En d'autres termes, l'énergie de liaison d'un noyau de masse M(A, Z) est l'énergie qu'il faut lui fournir pour séparer tous ses constituants, Z protons de masse m_p et (A — Z) neutrons de masse m_n. C'est donc une quantité définie positive pour un système dans un état lié. Parmi les expressions qui reproduisent au mieux les résultats des mesures systématiques, la plus citée est celle de Bethe et Weizsäcker :

où  a_v = 15,56 MeV,  a_s = 17,23 MeV, a_c = 0,7 MeV et a_a = 23,6 MeV sont des paramètres ajustés et où C représente des termes correctifs définis par la suite. Les quatre premiers termes, nommés respectivement de volume, de surface, de Coulomb et d'asymétrie, contribuent à l'énergie de liaison par nucléon, B/A, dans des proportions schématisées sur la figure 3.

Modèle de la goutte liquide

L'interprétation de cette formule conduisit vers l'un des premiers modèles nucléaires, où le noyau est assimilé à une goutte de liquide dans laquelle les nucléons joueraient le rôle des molécules. Les premiers indices en faveur de cette analogie vinrent des deux faits marquants cités jusqu'ici : le volume nucléaire et l'énergie de liaison qui croissent tous deux comme A. En effet, cela prouve que, comme les forces intermoléculaires dans un liquide, les forces nucléaires entre les nucléons sont saturées : chaque nucléon n'interagit qu'avec ses proches voisins. S'il n'en était pas ainsi, B croîtrait comme A², puisque A(A — 1)/2 dénombre les interactions possibles ; un système ainsi lié verrait alors son rayon décroître avec A ou, au mieux [...]

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