Cours de Physique Nucléaire PDF (SMP S5) Gratuit

Modified date: décembre 7, 2023

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Table des matières

Présentation du Cours Physique Nucléaire

Introduction

Nomenclature

Un noyau est constitué de Z protons (lui donnant la charge Z|e|) et de N neutrons. A = N+Z est le nombre de nucléons1 . On le symbolise par XA Z avec X le symbole chimique correspondant.

Le noyau le plus simple est l’hydrogène, puis viennent les noyaux de deutérium (un proton et un neutron) et de tritium (un proton et deux neutrons), et ainsi de suite. Jusqu’à présent, on a pu identifier 3179 isotopes radioactifs (naturel ou artificiel) dont 275 isotopes stables. La figure cicontre montre leur distribution dans le plan (N, Z), les isotopes stables sont marqués en couleur noire, ils forment une zone de stabilité dite ligne ou vallée de stabilité. Pour les noyaux légers, la vallée est proche de la droite Z=N, ce qui signifie que les noyaux stables ont des nombres de protons et de neutrons assez proches.

Cela vient du fait que dans le noyau, c’est l’interaction proton-neutron qui est prédominante. Cependant, pour les noyaux lourds, qui sont en fait riches en neutrons, la vallée de stabilité s’écarte légèrement de la droite Z=N,. Ceci est dû à l’interaction électromagnétique entre protons qui, même si elle est faible (mille fois plus faible que l’interaction nucléaire), favorise la répulsion des protons dans le noyau.

Le couple (A, Z) ou (N, Z) identifie le noyau mais ne détermine pas l’état nucléaire car un noyau peut être dans son état fondamental ou dans un état excité.

Les noyaux de même Z sont dits isotopes, une série d’isotopes constitue une chaîne isotopique.

Exemple : chaîne isotopique de carbone6C8 , 6C9 , 6C 10 , . . C … . . 6 12 6C 22 .

Les isotopes ont les mêmes propriétés chimiques (même nombre d’électron) mais des propriétés nucléaires complètements différentes.

Les isobares ont même nombre de masse A ; exemple : He, 2 8 Li 3 8 , 4Be 8 , 5B8 , 6C8 R Chaîne isobarique.

Les isobares ont souvent des propriétés nucléaires semblables.

Les noyaux de même nombre de neutrons (même N) sont appelés isotones ; exemple : 6C 14 8 et 😯 16 R8

Densité nucléaire

Pour les noyaux sphériques (tous ne le sont pas), il existe une relation empirique simple entre le rayon (de charge) R et le nombre de masse A : R = r0 A1/3

Où r0 est une constante valant à peu près 1.25 fermi. Bien sûr, ceci ne veut pas dire que le noyau a une frontière bien délimitée : la densité varie graduellement, et r0 ne fait qu’en donner une échelle typique.

Puisque la dépendance est en A1/3, on peut en déduire que la densité de matière reste approximativement constante pour l’ensemble des noyaux et que la distribution des protons (et des neutrons) suit sensiblement la distribution de masse.

En effet, M étant la masse d’un nucléon, la densité de masse ρm d’un noyau sphérique est :