Résumé de cours : réactions nucléaires

« Résumé de cours : réactions nucléaires Un atome est constitué par un noyau (très petit, dimension de l’ordre du Femtomètre 1fm=10−15m) situé au centre d’un espace vide (de rayon 1000 fois plus grand environ) dans lequel se déplacent les électrons. Constitution et symbole d’un noyau : La représentation symbolique du noyau d’un atome est AZX : * A = nombre de masse = nombre de nucléons (protons + neutrons) dans le noyau * Z = numéro atomique ou nombre de charge = nombre de protons dans le noyau * N = A–Z = nombre de neutrons présents dans le noyau * X est le symbole de l’élément chimique de numéro atomique Z, qui se trouve dans la case n°Z de la classification périodique des éléments chimiques. Des noyaux ayant le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent sont isotopes . Ils ont le même symbole X et ils appartiennent au même élément chimique, et se retrouvent donc rassemblés dans la même case de la classification périodique. Exemple : 146C et 126 C possèdent 6 protons dans leur noyau et se trouvent à la 6ème case de la classification périodique.

Mais ils ont réciproquement 14 – 6 = 8 et 12 – 6 = 6 neutrons. Quelles sont les forces qui assurent la cohésion du noyau ? (qui permettent aux nucléons de rester unis) * Les forces gravitationnelles agissent sur les nucléons et elles sont attractives… mais ce sont les forces les plus faibles, et sont négligeables devant les forces électriques ou nucléaires fortes. * Les forces électriques n’agissent pas sur les neutrons (charge électrique nulle) et sont répulsives entre protons (charge électrique positive)… elles tendent donc à détruire le noyau ! * Les forces nucléaires sont les plus fortes de toutes, mais elles ne peuvent agir qu’à très courte distance, entre 2 nucléons voisins. Les neutrons doivent donc être présents dans le noyau en quantité suffisante pour s’intercaler entre les protons et limiter ainsi l’effet répulsif des forces électriques (dont la valeur diminue si la distance augmente). On connaît aujourd’hui plus de 1500 noyaux différents correspondant à seulement 112 éléments chimiques. Mais seulement 260 d’entre eux sont stables ! les autres se désintègrent spontanément et évoluent ainsi vers une forme plus stable : on dit alors qu’ils sont radioactifs. Le noyau père X donne ainsi naissance à un noyau fils Y : cette transformation radioactive s’accompagne de l’émission de particules ( α , β– , β+ ) et de rayonnements électromagnétiques appelés rayons γ . Les rayons γ ont une fréquence 106 à 108 fois plus grande que celle de la lumière visible. Le noyau fils est en général créé dans un état excité noté Y*, puis les nucléons se réarrangent pour conduire à l’état fondamental Y (le plus stable) en libérant de l’énergie sous forme de rayonnement γ . L’énergie E du photon γ est liée à la fréquence ν de l’onde électromagnétique associée par la relation : E=h.

ν avec E en J Autre unité d’énergie : électron-Volt ν en Hz et h = 6,62.10–34J.s–1 = constante de Planck 1eV=1,60.10–19J 1keV=1,60.10–16J 1MeV=1,60.10–13J Lois de conservation : Au cours d’une réaction nucléaire, il y a conservation de la charge électrique et conservation du nombre total de nucléons A. Radioactivité α : particule émise = noyau d’hélium 4 He ou 42α X → A Z A–4 Z–2 Y + 2α 4 exemple : Radioactivité β– : particule émise = électron X → A Z A Z+1 Y + –10β– exemple : 60 27 X → A Z–1 Y + +1β+ 0 exemple : Po + 42α 30 15 e ou –10β– 0 – –1 Co → Radioactivité β +: particule émise = positron A Z 2 218 84 Rn → 222 86 60 28 0 + +1 e ou P → 30 14 Ni + –10β– 0 +1 β+ Si + +1β+ 0 1. »