NOYAU ATOMIQUE

Les constituants du noyau atomique

Le noyau est constitué des protons et des neutrons. On les appelle des nucléons.

Le proton est chargé d’électricité positive.

Charge du proton : q_p=e=1,6.10^-19C

Masse du proton : m_p=1,67.10^-27kg

Le neutron est électriquement neutre, il ne porte pas de charge électrique.

Charge du neutron : q_n=0

Masse du neutron : m_n=1,67.10^-27kg

Les protons sont les seuls responsables de la charge positive du noyau.

Le nombre de charge, appelé numéro atomique Z est égal au nombre de protons contenus dans le noyau.

Le nombre de masse A est égal au nombre de nucléons (protons + neutrons) contenus dans le noyau.

Le nombre de neutrons N est évidement égal à la différence entre A et Z : N=A-Z

Représentation d’un noyau atomique

Isotopes

Les atomes qui ont le même numéro atomique Z, mais de nombre de masse A différents, sont des isotopes de l’élément de numéro atomique Z.

Exemple : et sont les isotopes de l’uranium

Nucléides

On appelle nucléide, une espèce atomique caractérisée par le nombre de protons et de neutrons dans son noyau, ainsi que par son état énergétique.

Ainsi, les isotopes sont des nucléides qui ont le même nombre de protons (numéro atomique Z) mais un nombre de neutrons différent.

Aspect énergétique des noyaux

Défaut de masse

Le défaut de masse d’un noyau de symbole est la différence entre la masse des nucléons isolés et au repos et la masse du noyau au repos. On le symbolise par :

Les masses sont exprimées en unité de masse atomique (symbole u).

1u =1,66054.10^-27 Kg

Le défaut de masse est toujours positif.

Equivalence Masse-Energie (Relation de d’Einstein)

Toute particule, même au repos, possède, du simple fait de sa masse, une énergie E₀ appelée énergie de masse et dont la valeur est donnée par la relation :

E₀=mc²

m en kilogramme (kg)

c en mètre par seconde(ms^-1)

E₀en joules(J)

Dans cette relation, on prend :

c =3.10⁸ m/s.

En physique nucléaire, l'unité convenable de l'énergie est l’électronvolt et un de ses multiples comme mégaélectronvolt MeV

Energie équivalente à l'unité de masse atomique :

D’après la relation d’Einstein et pour la masse égale à 1 u, on a :

E=mC²=1,66054.10^-27x299792458)²=1 492,41.10^-13 J

Energie de liaison

L’énergie de liaison Eℓ d’un noyau atomique est l'énergie qu'il faut fournir au noyau au repos pour le dissocier en ses nucléons constitutifs pris au repos. (Eℓ est une grandeur positive.).

On l’exprime par la relation :

Cette énergie est positive.

Elle s’exprime en mégaélectronvolt (MeV) :

Energie de liaison par nucléon

L'énergie de liaison par nucléon est définie par la relation :

Son unité est le MeV/nucléon.

A partir de l’énergie de liaison par nucléon, on peut comparer la stabilité de 2 noyaux radioactifs : Plus l'énergie de liaison par nucléon est grande plus le noyau est stable.