Noyau

• Les énergies mises en jeu au niveau du noyau sont beaucoup plus élevées qu’à l’échelle de l’atome, car la masse des nucléons composant le noyau est beaucoup plus élevée que celle de l’électron.
• La différence entre la masse de Krypton et de Baryum est due à la présence d’énergie de liaison.
• Seul une partie de l’énergie de liaison est libérée lors de la fission, et le reste de l’énergie permet d’assurer la cohésion des noyaux de Krypton et de Baryum.
• Comme supposé avec l’expérience de Rutherford, l’essentiel de la masse de l’atome est dans le noyau.
• La masse d’un noyau est extrêmement élevée, or la matière est essentiellement constituée de vide (99,99%).
• Le noyau est très petit, très lourd et situé à grande distance des électrons.
• La couche k de l’hydrogène étant à 0.53 Å du noyau, si on représente le noyau comme une bille de 1cm de diamètre, la couche k sera à 100m de distance de celui-ci (en gardant les proportions).
• Existence d’une relation entre la masse d’une particule au repos et l’énergie, énoncée par Einstein dans sa théorie de la relativité restreinte (1905).
• La relation permet de passer de la masse à l’énergie ou de l’énergie à la masse avec la formule d’Einstein.
• Le neutrino de l’électron, une particule avec une masse quasiment nulle dont l’équivalent énergétique de sa masse est très faible (0,1 eV).
• Pour les quarks u/d, l’énergétique de leur masse est de l’ordre de 5 MeV, tandis que pour le quarks top (le plus gros de tous les quarks),180 GeV.
• Lors de certains cours comme celui de l’imagerie médicale et la radiobiologie, il sera nécessaire de prendre en considération la concentration en nucléon, la masse des noyaux et son équivalent énergétique.
• Le noyau est composé de protons et de neutrons.
• Deutérium : Z=1 et N=1
• Le nombre de protons dépend du numéro atomique Z, c’est lui qui détermine la nature du nucléide.
• Uranium (235U) : Z=92 et N=143
• Pour passer de l’une à l’autre, il suffit de multiplier la masse (en g) d’une particule par N pour obtenir des u.m.a., ou de diviser la masse d’une particule exprimée en u.m.a par N pour obtenir des grammes.
• Le nombre de neutrons peut être différent du nombre de protons, il diffère suivant l’isotope du nucléide.
• L’unité de masse atomique (u.m.a.) est une unité hors système international, particulièrement appropriée à l’échelle des atomes et des particules.
• On peut voir les choses en se disant qu’une petite partie de la masse des nucléons est utilisée comme énergie de cohésion du noyau.
• On calcule le défaut de masse de ce noyau en u.m.a et en kg.
• La masse des nucléons est proche de 1 u.m.a.
• La masse du noyau présente un défaut de masse : il est plus léger que le poids total de tous les nucléons qui le constituent.
• Tritium : Z=1 et N=2
• Oxygène (16O) : Z=8 et N=8
• Carbone (12C) : Z=6 et N=6
• Il est donc plus simple d’utiliser une unité particulière : l’unité de masse atomique (u.m.a.).
• L’unité de masse atomique (u.m.a.) est définie de manière arbitraire de sorte que l’atome de carbone 12 (carbone stable) ait une masse exactement égale à 12 u.m.a.
• Une mole contient exactement le nombre d’Avogadro d’atomes soit N = 6,02214179.1023 mol-1 (valeur ICSU 2006).
• Une mole de carbone 12 = 12,000000 g.
• Pour obtenir l’uranium 235, on bombarde le noyau d’Uranium avec des neutrons.
• Pour un noyau lourd tel que l’uranium 235, il faut une énergie considérable pour assurer la cohésion des nucléons qui représente l’équivalent de 2 nucléons.
• L’énergie de liaison nucléaire varie selon la taille du noyau, suivant la formule de Bethe - Weizsäcker :
• A l’échelle du noyau, on utilise l’expression B/A qui est le rapport entre l’énergie de liaison du noyau et le nombre de masse.
• Plusieurs neutrons éjectés vont également entraîner des réactions de fission d’autres noyaux d’Uranium.
• L’énergie de liaison nucléaire est notée B (à ne pas confondre avec l’énergie de liaison de l’électron W) et dépend de Z, du nombre de neutrons et de la masse totale du noyau A.
• L’uranium 235 est utilisé dans les centrales nucléaires comme carburant pour produire de l’électricité via des réactions de fission nucléaire.
• Un noyau est donc d’autant plus stable que son énergie moyenne par nucléon B/A est grande.
• L’unité de masse atomique est égale au 1/12ème de la masse de l’atome (isotope 12) de carbone.
• L’unité de masse atomique est telle que la masse d’un nucléon est proche de 1 u.m.a., 1 u.m.a. représente un équivalent énergétique de 931,494 MeV.