Expression de Z tirée de la relation d`équilibre

7 :Grandeurs fondamentales
La loi du 4 juillet 1837 rend obligatoire le "système métrique" en France.
en 1960, la 11eme CGPM abrogeait la définition du mètre de 1889 et fixait sa nouvelle def à partir de la
longueur d’onde d’une radiation de l’atome de krypton 86. Elle baptisa le nouveau système : Système
International d’unité S.I.
Le décret n° 61-501 du 3 mai 1961 modifié (pris en application de Directives européennes) définit comme
unités légales les unités du système international, et définit chacune de ces unités, réparties dans neufs
grandes catégories : Multiples
Facteur par lequel
est multipliée l'unité
Préfixe à mettre
avant le nom de l'unité
Symbole à mettre
avant celui de l'unité
1024
yotta
Y
1021
zetta
Z
1018
exa
E
1015
peta
P
1012
téra
T
109
giga
G
106
méga
M
103
kilo
k
102
hecto
h
101
déca
da
Sous-multiples
Facteur par lequel
est multipliée l'unité
Préfixe à mettre
avant le nom de l'unité
Symbole à mettre
avant celui de l'unité
10-1
déci
d
10-2
centi
c
10-3
milli
m
10-6
micro
µ
10-9
nano
n
10-12
pico
p
10-15
femto
f
10-18
atto
a
10-21
zepto
z
10-24
yocto
y
1968 def. de la seconde à partir d’une radiation de l’atome de césium.
1983 def du mètre :trajet parcouru par la lumière pendant une durée déterminée.
1 uma = 1 / 12 de la masse de 1 atome de carbone 12 soit 1/N gramme
8 :grandeurs physiques dérivées
1975 def du Bq et du Gy
Dose équivalente : dose absorbée mais tient compte du pouvoir ionisant du rayonnement
électromagnétique ou corpusculaire
Rem : acronyme ( roentgen equivalent man)

9 :Relation masse-énergie
Dans la mécanique newtonnienne, la notion de masse a deux sens : sa détection par son poids (masse
gravifique) et sa détection par sa résistance au mouvement (masse inerte).
La relativité d'Einstein introduit donc la notion de masse au repos et induit une augmentation de la masse
avec la vitesse. Quant à l'énergie totale d'un corps en mouvement, elle devient :E=mc2
En vertu du principe de la relativité, elle n’est pas une constante mais varie avec la vitesse à laquelle se
déplace le corps.
Calcul de 1 uma : 931.48MeV : (3.108)2/6.02252.1023)*10-3/1.602.10-19
Calcul masse électron au repos 511 keV : 9.1091 10-31*(3.108)2/1.602.10-19
me : 9.1095 .10-31 kg: 5.4858.10-4 uma: 0.511 MeV/c2
mp : 1.6726 .10-27 kg : 1.0073
mn : 1.6749 .10-27 kg :1.0087
10 :Historique : particules fondamentales
Démocrite avance le concept d’atomes : « Le doux et l’amer, le chaud et le froid, les couleurs ne sont que
des apparences. En réalité, il n’y a que des atomes et le vide. Tout ce qui existe procède de chocs et de
combinaisons qui ont lieu entre d’infimes corpuscules insécables, tous fait de la même manière et doués
de mouvement, les atomes.. Ces atomes sont invisibles »
Faraday établit en 1833 les lois de l’électrolyse qui voulaient que dans une solution d’eau, chaque atome
ou fragment moléculaire ait une charge électrique fixe.
Thomson en 1897 explique la nature du courant électrique dans les gaz raréfiés. Il isole une particule
légère dont il a mesuré les propriétés et qu’il a baptisé l’électron. Il découvrira aussi les particules alpha
(noyaux d’hélium).
Rutherford établit que chaque atome possède un noyau compact, avec des électrons négatifs naviguant
autour de lui.
Bohr établit le premier modèle d’atome et explique la stabilité de l’atome et prédit l’énergie des raies
spectrales de l’atome (lois mécanique quantique)
11 :historique : rayonnement
En 1895, suite à la mise en évidence des rayons X par l'Allemand Roentgen, il décide de s'attaquer au
problème des radiations. Becquerel choisit de déposer des lames de sels d'uranium sur une plaque
photographique et expose le tout au soleil, pensant que la lumière permet la radiation par excitation de la
matière. Les premiers développements de plaques lui montrent la présence de légères impressions. Il croit
alors avoir trouvé le phénomène recherché. Mais le 26 février 1896, le beau temps n'est pas au rendez-
vous et le dispositif reste enfermé dans un placard. Le 1er mars, avant de reprendre ses expériences,
Becquerel vérifie l'état de son matériel et se rend compte que les plaques sont très fortement
impressionnées. En l'absence de lumière, la seule explication possible est celui d'un rayonnement interne
à l'uranium : la radioactivité est née. En 1903, il partage le prix Nobel de Physique avec Pierre et Marie
Curie
En octobre 1895, Roentgen commence à s’intéresser aux effets produits par le passage d’un courant
électrique dans des gaz rares. Utilisant les connaissances de ses aînés et y ajoutant un soupçon d’intuition
ou de génie, Roentgen entoure de carton noir le tubes à rayons cathodiques sur lequel il effectue ses
recherches. Il observe alors distinctement l’apparition d’une fluorescence sur la plaque de platinocyanure
du baryum placée en face du tube. Ces nouveaux rayons que Roentgen nomme "X", traversent la matière
quand celle-ci, placée entre l’ampoule et l’écran, n’a pas trop de consistance. C’est la radiologie que
Roentgen vient d’inventer ; sa première radiographie, celle de la main de sa femme, fera le tour du monde
et reste la plus célèbre à ce jour.
L’effet de la radioactivité est que l’atome peut être cassé. Les curies découvrent en 1898 deux éléments
radioactifs : le polonium et le radium issus d’un oxyde d’uranium (la pechblende).
Poursuivant l'étude du rayonnement émis par le polonium, Irene et frederic Joliot irradient des feuilles de
métal (aluminium, bore ou magnésium) et réussissent à obtenir des isotopes radioactifs d'éléments
normalement non radioactifs. Cette découverte de la radioactivité artificielle leur vaudra un prix Nobel de
chimie en 1935.

En mars 1905, Einstein décrit comment l’énergie d’un corps chauffé peut se transformer en énergie
lumineuse. Cette transformation n’est possible qu’en considérant la lumière constituée de "grains"
qu’Einstein appelle "quanta de lumière" (les photons). Einstein ne sait toujours pas dans quelles
circonstances la lumière se révèle continue ou discontinue. La seule donnée qui permet de décrire la
lumière est sa vitesse c, constante dans le vide par rapport à n'importe quel système galiléen et est
indépendante du mouvement de la source. Tous les référentiels galiléens sont équivalents pour la
formulation des lois physiques. Il énonce alors sa théorie de la relativité qui unifie les théories de la
matière et de la lumière. La matière comme la lumière subissent le principe de relativité et la simultanéité
de deux événements devient dépendante de l’observateur. Longueur et temps sont liés.
12 :particules élémentaires
les particules qui s'excluent mutuellement: elles ne peuvent pas être au même endroit en ayant exactement
les mêmes propriétés. cette interdiction s'appelle le principe d'exclusion de Pauli. Ce sont les
FERMIONS
les particules qui sont capables de se rassembler à plusieurs dans le même état physique: Ce sont les
BOSONS. Un ensemble de photon dans le même état constitue ce qu'on appelle un rayon laser.
Quant aux bosons, nous verrons qu'ils s'agit de particules-médiateurs des forces fondamentales de la
nature.
Enoncée pour la première fois en 1964 par Murray Gell-Mann, la théorie des quarks acquit ses lettres
de noblesse au fur et à mesure qu'elle fut corroborée par les expériences; Ce n'est qu'en 1975 que les
quarks furent détectés expérimentalement.
14 :particules complexes
Les quarks ont une propriété unique: ils sont incapables d'exister seuls, non accompagnés!
les quarks ne peuvent s'agréger que de deux manières différentes et ne donner ainsi que deux familles de
particules composites: baryons et mésons
Les nucléons sont les baryons les plus courants.
Le noyau est composé de neutrons et de protons ; la force nucléaire assure la cohésion de l’ensemble.
16 :quantum et forces d’intéraction
Max Planck postule l'idée originale selon laquelle les échanges d'énergie entre la lumière et la matière ne
peuvent se faire que par paquets discontinus, que l'on appellera les quanta.
Ces particules interagissent par l’intermédiaire de forces qu’elles génèrent en échangeant entre elles des
« médiateurs » qui sont des particules de spin entier, des bosons. La force électrofaible est ainsi due à
l’échange de photons pour sa composante électromagnétique et de bosons W et Z pour sa composante
faible. L’interaction forte entre les quarks est décrite par l’échange des gluons.
Le modèle standard est le nom donné à la théorie actuelle sur les particules fondamentales et leurs
interactions. La théorie n’inclut pas les effets des interactions gravitationnelles.
Le modèle standard a été le triomphe de la physique des particules des années 70. Le nombre grandissant
de constituants élémentaires et de paramètres sont autant de faiblesses conceptuelles du modèle standard
qui doit donc être complété. Une nouvelle particule le boson Higgs et sa force associée pourraient
expliquer certaines lacunes de la théorie (comment les particules acquièrent une masse). Aujourd’hui,
nous pouvons seulement dire que si elle existe, elle doit avoir une masse supérieure à 80GeV.
L’accélérateur de particules Large Hadron Collider du CERN va peut être permettre de la mettre en
évidence.
Protons et neutrons sont communément appelés nucléons et sont liés dans le noyau par des interactions
fortes.
L’interaction electromagnétique et l’intéraction faible sont les manifestations d’une seule intéraction,
l’intéraction electro-faible

Intéraction faible négligeable dans la plus part des cas sauf pour les interac entre neutrinos et électrons
atomiques et les noyaux.
Contrairement aux forces gravitationnelles et electrostatiques qui sont inversement proportionnelles au
carré de la distance entre 2 particules, la force forte entre 2 nucléons est une force de courte portée (~fm)
18°:photons et onde électromagnétique
Le rayonnement électromagnétique est un mode de transport spontané de l’énergie dans l’espace.
On peut se le présenter comme une double vibration affectant un champ magnétique B et un champ
électrique E. Ces 2 vibrations sont en phase, ont des directions perpendiculaires et s’engendrant de proche
en proche, conformément à la théorie de Maxwell, se déplacent dans le vide à la vitesse c selon une
direction perpendiculaire au plan qu’elles définissent.
un rayonnement électromagnétique de fréquence mu ne peut acquérir ou céder l’énergie qu’il transporte
que par quantités discontinues (quantum). Assimilant le quantum à un corspuscule, Einstein introduit la
notion de photon.
On a pu associer à chacune des particules matérielles en mvt une représentation ondulatoire.
L’onde associée doit rendre compte du caractère discontinu de l’émission. Elle ne peut être constituée que
par un train d’ondes, c’est à dire une sinusoïde dont l’amplitude est modulée par une autre fonction.
Retrouver la relation de Duane et Hunt E (eV) en fonction de (nm)
20 :propriétés des atomes
la masse n’est pas répartie de façon homogène à l’intérieur des atomes. Rutherford en bombardant une
cible mince avec des alpha a montré qu’il existe des vides considérables et que la masse se trouve
concentrée dans les noyaux atomiques dont le diamètre est 10000 fois plus faible que celui de l’atome.
Les électrons négatifs sont dispersés dans les vides périnucléaires. Tandis que les charges positives se
trouvent rassemblées dans les noyaux. Champs électrique intense au voisinage des noyaux.
Le cortège électronique est formé d’un nombre d’électrons égal au nombre Z de protons qui définit donc
la nature chimique de l’atome. Pour un même nombre Z, pour un même élément, les différentes valeurs
possibles de neutrons définissent autant d’isotopes.
Si on représente le noyau comme une sphère d’une densité de charge homogène de rayon R on trouve R=
Chaque nucléon occupe à peu près le même vol, quelque soit le noyau ou il se trouve, on dit que la mat
nucléaire est incompressible.
Les grandeurs A et Z carac parfaitement une espèces de nucléaire déterminée appelée nucléide.
La classification des noyaux est premièrement par le nombre atomique Z
Les propriétés nucléaires (stabilité avant tout) d’un noyau sont détreminées aussi par le nombre N qu’il
contient :
Isotopes : nucléides avec même Z : C12, C13, C14, U238, U235
Isotones : même N
Isobares : même A
Isomères : même Z, même A (noyau dont énergie interne la + basse représente état fondamental, autres
états excités)
La relation empirique Z=… fournit une bonne approxi pour les nucléides stables

21 :diagramme des nucléides
On observe que la densite de charge au centre est + grande pour les noyaux légers que pour les noyaux
lourds. Cette onbservation correspond bien au fait que les noyaux lourds ont un rapport de N/Z plus
grand.
Les noyaux lourds ont besoin de + de neutrons pour réduire la grande densité de charges, donc l’effet
destabilisant de la répulsion de coulomb, due au nombre élevé de protons : augmentation de la cohésion
du noyau
Toutes les combinaisons de N et Z ne donnent pas lieu à des nucléides stables ou radioactifs
A>40 noyaux stables ont + de neutrons que de protons N~1.7Z
Ligne de stabilité nb=275
Densité de matière nucléaire dans un noyau de nombre de masse A :
R0=1.35 fm
=m/v m=A/ soit =1.611 1014 g.cm-3
au delà de A=40 les noyaux ont plus de neutrons que de protons, car les noyaux lourds ont besoin de plus
de neutron pour réduire la grande densité de charge, donc l’effet déstabilisant de la répulsion de Coulomb
due au nombre élevé de protons.
Les nucléides avec un grand surplus de neutrons se stabilisent en conversant un neutron à un proton
22 :masse des noyaux et énergie de liaison
Chaque nucléon ayant une masse atomique voisine de 1 uma permet d’approcher par un nombre entier la
masse d’un atome. La valeur exacte de la masse du noyau doit tenir compte de la masse des nucléons
mais aussi du défaut de masse dû à leur liaison. L’énergie que l’on apporte à un système pour rompre une
liaison se retrouve sous forme de masse. La masse totale des constituants isolés est en effet supérieure à la
masse du composé. Le défaut de masse correspond à la différence entre la masse des A nucléons pris
séparement,et la masse du noyau constitué (pratiquement masse de l’atome diminué de Z fois la masse
d’un électron)
L’énergie globale W se répartie inégalement entre les nucléons, et cette répartition évolue constamment
au cours du temps. Seules certaines répartitions précises, correspondant à d’autant d’arangements
énergétiques du noyau, doivent être considérées.Ces arrangements peuvent être stables, compatible avec
la cohésion du noyau ou instables et conduire immédiatement à la désintégration du noyau, c’est à dire à
une émission de particule avec constitution d’un nouveau noyau (état radioactif).
La spectrométrie de masse avec les bilans énergétiques des réactions nucléaires ont permis de mesurer la
masse des atomes.
La courbe E/A en fonction de A montre une val + faible pour les noyaux légers et les noyaux lourds avec
une zone max pour les noyaux de masse moy ~8MeV plus stable
Si l’on casse noyau lourd en 2 + légers (fission) ou assemble 2 noyaux légers (fusion) on récupère de
l’énergie puisque l’on passe d’un système moins lié à un système plus lié donc moins de masse.
La val sensiblement constante de E/A indique que chaque nucléon n’est pas égale lié aux autres nucléons,
mais plutot que les forces nucl entre nucléon ne s’étendent qu’à qq nucléons : très courte portée
23 :molèles nucléaires
modèle collectif : cœur « dur » formé de nucléons dans les couches fermées et des nucléons de valence en
mouvement comme des molécules qui se trouvent à la surface d’une goutte liquide. Mouvement de
surface introduit une perturbation non sphérique au potentiel sphérique du cœur.