Structure du noyau Atomique

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
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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
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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
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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