STRUCTURE DU NOYAU ATOMIQUE INTRODUCTION STRUCTURE Mise en évidence : expérience de Rutherford : Bombardement d’une feuille d’or avec des noyaux d’hélium – structure lacunaire de l’atome – Présence de charges positives STRUCTURE Caractéristiques du noyau • Forme sphérique : r = r0 A 1/3 • Volume incompressible: 4/3πr3 • r de 1H = 1,4 fermi (10-15m) • ⍴ = m = m nucleons = V 4/3πr3 ⍴ de 1H = 1,67 10 – 27 4/3π(1,4 10-15 )3 ⍴ = 230.10 15 Kg / m3 = 230 millions tonnes / cm3 STRUCTURE Constitution du noyau STRUCTURE Constitution du noyau • Les nucléons – Sont des particules lourdes (les Baryons) – sont constitués de quarks Nous ne pouvons pas afficher cette image pour l’instant. p=u + u + d = +2/3 + 2/3 - 1/3 = 1 n = d+ d + u = -1/3 - 1/3 + 2/3 = 0 ARRANGEMENT DES NUCLEONS AU SEIN DU NOYAU Modèles nucléaires • Modèle de la goutte liquide – Incompressibilité – Cinétique des nucléons – Propriétés dynamiques des noyaux et réactions nucléaires (fission spontanée, radioactivité alpha) ARRANGEMENT DES NUCLEONS AU SEIN DU NOYAU Modèles nucléaires • Modèle en couches – Niveaux d’énergie – Configurations stables (nombres magiques : 2,4,8,16,20,28,50,36,126) – Stabilité des noyaux ARRANGEMENT DES NUCLEONS AU SEIN DU NOYAU Modèles nucléaires • Modèle collectif – Partie centrale : modèle de la goutte liquide – Partie périphérique : modèle en couche ARRANGEMENT DES NUCLEONS AU SEIN DU NOYAU Forces nucléaires: • Interaction gravitationnelle négligeable • Interaction forte – – – – – attractive Rayon d’action : 10-15m S’exerce entre tous les nucléons Particules messagères : gluons Responsable de la cohésion atomique ARRANGEMENT DES NUCLEONS AU SEIN DU NOYAU Forces nucléaires • Interaction électromagnétique – – – – – Répulsive Rayon d’action < fermi S’exerce entre particules chargées Particules messagères : photons Facteur d’instabilité nucléaire ARRANGEMENT DES NUCLEONS AU SEIN DU NOYAU Forces nucléaires • Interaction faible – Très court rayon d’action – Entre tous les nucléons – Particules messagères : bosons – Responsable de l’incompressibilité de la matière nucléaire – Responsable de la radioactivité bêta Nous ne pouvons pas afficher cette image pour l’instant. Nous ne pouvons pas afficher cette image pour l’instant. Caractéristiques des Forces nucléaires L'interaction électromagnétique, s'applique à toute particule ayant une charge électrique (protons).Interaction coulombienne répulsive. L'interaction forte permet de lier les quarks entre eux pour former des hadrons (protons, neutrons); (électrons, photons, neutrinos ne sont pas des quarks et sont insensibles à l'interaction forte). Elle a la plus forte intensité. Elle est attractive et s'oppose à la répulsion électrostatique. Elle permet de confiner les protons dans le petit volume qu'est le noyau ~10-15m. Portée=~10-15m. L'interaction faible. Agit à l'intérieur des nucléons en transformant un nucléon en un autre. NOMENCLATURE ET FAMILLES NUCLEAIRES – Isotopes • Z ≡, A et N ≠ • Même nom chimique • Propriétés physiques différentes • 11H, 21 H, 31 H – Isobares • A ≡, Z et N ≠ • ex : 14C et 14 N 6 7 – Isotones • N ≡, A et Z ≠ • ex : 14C et 16 O 6 8 – Isomères • Z, A, N ≡, Energie interne ≠ • ex :99mTc isomère métastable du 99Tc 43 43 Stabilité et Instabilité nucléaire Diagramme de stabilité Noyaux stables sur deux droites: uZ=N u N = 1,5Z + 10 ASPECT ENERGETIQUE Défaut de masse : • Masse du noyau < somme des masse de ses nucléons : • dm = (Zmp + Nmn) – M(A,Z) ASPECT ENERGETIQUE • Energie de liaison (L) – E interne + L = E des nucléons à l’état dispersé – Mc2 + L = E des nucléons à l’état dispersé – L = dmc2 = (Zmp + Nmn)c2 – M(A,Z)c2 ASPECT ENERGETIQUE • Variation de l’énergie de liaison par nucléon en fonction du nombre de nucléons • Conservation de l’énergie totale E = Mc2 + L REACTIONS NUCLEAIRES ASPECT ENERGETIQUE • Caractère exoénergétique de la fission : ASPECT ENERGETIQUE • Caractère exoénergétique de la fusion