1)- Composition du noyau d’un atome.
- En 1911, Ernest Rutherford (physicien anglais) a découvert que l’atome (dont l’ordre de grandeur du rayon est de l’ordre de 100 pm) possède un noyau (dont l’ordre de grandeur du rayon est de quelques femtomètres 1 fm = 10 – 15 m).
- En conséquence le noyau de l’atome est 100 000 fois plus petit que l’atome. De plus, il rassemble pratiquement toute la masse de l’atome.
- Le noyau est constitué de particules appelées nucléons. Les nucléons sont de deux types : les protons et les neutrons.
- Caractéristiques du proton :
- Masse : m p = 1,67265 x 10 – 27 kg
- Charge : + e = 1,602189 x 10 – 19 C
- C est le symbole du Coulomb unité de charge électrique.
- Caractéristiques du neutron :
- Masse : m n = 1,67 496 x 10 – 27 kg
- Remarque : e représente la charge élémentaire.
- Toute charge électrique s’exprime en un nombre entier de charges élémentaires : q = ± n e
- La masse du neutron est voisine de celle du proton : m p » m n
- Le nombre de nucléons est noté A, on l’appelle aussi le nombre de masse.
- Le nombre de protons que contient le noyau est noté Z. On l’appelle le numéro atomique ou le nombre de charge.
- Les deux nombres A et Z suffisent pour caractériser un noyau. Le nombre de neutrons : A – Z.
2)- Isotopes. (Même place dans la classification périodique).
- A chaque couple de valeurs (Z, A), correspond un type de noyau que l’on note :
A
Z
X
, où X est le symbole de l’élément chimique.
- En conséquence, la notation représente le noyau d’un atome.
- Des noyaux possédant le même nombre de protons mais des nombres différents de neutrons sont appelés isotopes.
- Il existe environ 350 noyaux naturels et plus de 2500 noyaux artificiels obtenus en laboratoire.
- Exemples :
Atomes isotopes
12
6
C
13
6
C
14
6
C
98,9 % 1,1 % Traces
Composition d'un morceau de graphite
3)- Masse d’un noyau.
- On utilise une unité adaptée à la physique nucléaire : l’unité de masse atomique.
- L’unité de masse atomique u est le douzième de la masse du carbone 12.
- 1 u = 1,6605402 x 10 – 27 kg.
- Exemple : la masse d’un noyau d’Hélium est m H » 4,001 51 u. En conséquence, la masse d’un noyau est voisine de A en unité atomique.
- Un nucléon étant environ 1850 fois plus lourd qu’un électron, la masse d’un noyau est voisine de celle de l’atome correspondant.
4)- Stabilité des noyaux.
La stabilité des noyaux résulte de la compétition entre l’interaction forte, responsable de l’attraction des nucléons et de l’interaction électromagnétique responsable de la répulsion entre les protons.
L’interaction forte est intense mais de très courte portée (de l’ordre du femtomètre : 10 – 15 m, soit un milliardième de micromètre.)
La stabilité des noyaux obéit aussi aux lois de la mécanique quantique : un noyau possédant trop de particules de même type est instable.
Dans les petits noyaux, il y a une tendance à la symétrie : le nombre de protons est égal au nombre de neutrons pour les noyaux stables.
Un noyau est instable s’il possède trop de protons par rapport au nombre de neutrons.
Un noyau est instable s’il possède trop de neutrons par rapport au nombre de protons.
Un noyau est instable s’il possède trop de protons et trop de neutrons.
Un noyau instable est un noyau qui possède :
- Trop de protons
- Trop de neutrons
- Trop de nucléons.
- Exemples : le carbone 14 est instable, l’oxygène 14 est instable, de même l’uranium 238 est instable.
La cohésion du noyau est due à l’existence d’une interaction forte, attractive qui unit l’ensemble des nucléons et qui prédomine devant l’interaction électrique (répulsion entre les protons).
Il y a antagonisme entre l’interaction forte et la répulsion des protons.
Dans certains cas la cohésion n’est pas suffisante, on dit que les noyaux sont instables.
Ils se désintègrent spontanément, on dit qu’ils sont radioactifs. Ce sont des radionucléides.
II- La radioactivité.
1)- Historique.
La radioactivité a été découverte par Henri Becquerel en 1896 (1852 – 1908).
Il découvre la radioactivité de l’uranium au cours de travaux sur la phosphorescence.
Les travaux sont poursuivis par Pierre et Marie Curie.
En 1898, ils découvrent la radioactivité du polonium Po 210 et du radium Ra 226.
En 1903 : prix Nobel de physique (Henri Becquerel avec Pierre et Marie Curie).
La radioactivité artificielle fut mise en évidence en 1934 par Irène et Frédéric Joliot – Curie.
Ils ont crée par réaction nucléaire un isotope radioactif du phosphore.
On connaît actuellement, une cinquantaine de nucléides naturels radioactifs et environ 1200 nucléides artificiels radioactifs.
2)- Les Émissions Radioactives.
- Une source radioactive peut émettre :
- Des particules
- Un rayonnement g.
- Les particules émises sont de trois types : les particules a , b + et b - .
a)- Les particules a (alpha).
Ce sont des particules , des noyaux d’hélium dont l’écriture symbolique : , ion He 2 +.
Ces particules sont éjectées à grande vitesse v » 2 x 10 7 m / s .
Ce ne sont pas des particules relativistes.
Les particules sont directement ionisantes mais peu pénétrantes.
Elles sont arrêtées par une feuille de papier et par une épaisseur de quelques centimètres d’air.
elles pénètrent la peau sur une épaisseur de l’ordre de quelques micromètres.
Elles ne sont pas dangereuses pour la peau.
Par contre, elles sont dangereuses par absorption interne : inhalation, ingestion.
b)- Les particules b (bêta).
On distingue :
- Les particules b - qui sont des électrons :
- Masse : m e = 9,1 x 10 – 31 kg
- Charge : - e = 1,602189 x 10 – 19 C
- Les particules b + qui sont des positons (antiparticule de l’électron).
- Masse : m e = 9,1 x 10 – 31 kg
- Charge : + e = 1,602189 x 10 – 19 C .
Les particules sont émises à grande vitesse v » 2,8 x 10 8 m / s. Ce sont des particules relativistes.
Elles sont plus pénétrantes mais moins ionisantes que les particules a.
Elles sont arrêtées par un écran de Plexiglas ou par une plaque d’aluminium de quelques centimètres.
Elles pénètrent la peau sur une épaisseur de quelques millimètres. Elles sont dangereuses pour la peau.
