Physique nucléaire
La physique nucléaire est la description et l'étude du comportement du principal constituant de l'atome: le noyau atomique.
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Cohésion du noyau
A l'intérieur du noyau, les nucléons sont soumis à deux interactions différentes : l' interaction forte et l' interaction électromagnétique. Cette dernière agit à « longue » distance (cf. Loi de Coulomb). Elle retient les électrons autour du noyau. Les neutrons y sont insensibles mais les protons se repoussent entre eux.
C'est l'interaction forte qui maintient la cohésion des nucléons au sein du noyau. Celle-ci est plus intense que l'interaction électromagnétique mais agit à plus courte distance. Toutefois, si le nombre de protons dans le noyau est important, l'interaction électromagnétique prend le pas sur l'interaction forte et les noyaux deviennent instables.
La quantité d'énergie qui assure la cohésion du noyau est appelée énergie de liaison du noyau. Les transformations du noyau libérant cette énergie sont appelées réactions nucléaires.
Réactions nucléaires
Une réaction est dite nucléaire lorsqu'il y a modification de la nature d'un ou plusieurs noyaux. Participent alors à la réaction protons et neutrons (notés respectivement 11p, 10n), mais également d'autres particules, tels les électrons 0-1e, les positons 01e... Toutes les transformations de noyaux menant vers des noyaux moyens (vers le fer) vont permettre de libérer de l'énergie nucléaire, énergie cinétique des produits, au dépend de la masse.
Les réactions nucléaires sont de type fission (un noyau lourd se brise en plusieurs) ou de type fusion (plusieurs noyaux légers fusionnent). On rencontre de nombreuses réactions nucléaires dont certaines servent déjà à la production d'énergie (la fission de l'uranium), ou sont des espoirs futurs (fusion).
Les réactions de fusion ont été la source de la nucléosynthèse primordiale (de l'hydrogène vers l'hélium) puis le remplissage du tableau de Mendeliéev s'est effectué, et se continue, au sein des cœurs des étoiles.
Quelques exemples de réactions nucléaires :
Réaction de Rutherford: il n'y a pas conservation de la masse mais de l'énergie totale des particules.
147N + 42He → 178O + 11p
Réaction de Chadwick (1932):
94Be + 42He → 126C + 10n
Réaction de Joliot et Curie (1934): ν désigne l'émission d'un neutrino
- 2713Al + 42He → 3015P + 10n
- 3015P → 3014Si + 01e + ν