Chapitre 26 • Physique nucléaire
À retenir
La masse d’un nuclide est significativement inférieure à la somme des masses de
ses constituants (Z protons, et A–Z neutrons), contrairement à la masse d’un atome.
La cinématique relativiste est cohérente avec l’invariance de la vitesse de la lumière
dans un changement de référentiel galiléen. La dynamique relativiste donne une
nouvelle expression de la quantité de mouvement et de l’énergie cinétique, mais
surtout, elle ajoute un terme d’énergie de masse dans l’expression de l’énergie.
Les réactions nucléaires et entre particules permettent la transformation de masse
en énergie cinétique et inversement.
La contribution principale à la cohésion des nuclides est l’interaction forte entre les
nucléons. Le nuclide peut être décrit par le modèle semi-empirique de la goutte
liquide ou par un modèle en couches proche des modèles atomiques.
Les désintégrations et réactions nucléaires ont un caractère probabiliste décrit
respectivement par la demi-vie radioactive et par la section efficace de réaction.
Exercices
Les solutions sont regroupées p. 628.
26.1 Distance d’approche dans l’expérience de Rutherford
Calculer quelle distance minimale D du centre du nuclide d’or (Z = 79) atteint une
particule a d’énergie cinétique E C ≈ 78,6 MeV dans une collision frontale.
26.2 Masse volumique de la matière nucléaire
Comparer la masse volumique d’une étoile à neutrons (r*∼ 5 · 10
14 g · cm
–3 ) à celle de
la matière nucléaire (r).
26.3 Résonance magnétique nucléaire
Calculer la fréquence du photon émis lors de la transition entre niveaux d’énergie de
spin du noyau d’hydrogène dans un champ de 1 T (application : imagerie médicale
IRM).
26.4 Protonthérapie
La protonthérapie est un traitement de tumeurs cancéreuses par faisceau de protons
d’environ 60 à 300 MeV ; cette technique est coûteuse en l’état actuel de la technologie
(accélération des protons par cyclotron) mais elle présente des avantages par rapport aux
rayons X (dépôt de l’énergie en fin de trajet sans abîmer les tissus traversés, focalisation
au millimètre près) et pourrait devenir plus accessible avec la disponibilité de nouveaux
accélérateurs miniatures.
Calculer la vitesse v d’un proton d’énergie cinétique T = 312 MeV.
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 538 — #548
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À retenir
La masse d’un nuclide est significativement inférieure à la somme des masses de
ses constituants (Z protons, et A–Z neutrons), contrairement à la masse d’un atome.
La cinématique relativiste est cohérente avec l’invariance de la vitesse de la lumière
dans un changement de référentiel galiléen. La dynamique relativiste donne une
nouvelle expression de la quantité de mouvement et de l’énergie cinétique, mais
surtout, elle ajoute un terme d’énergie de masse dans l’expression de l’énergie.
Les réactions nucléaires et entre particules permettent la transformation de masse
en énergie cinétique et inversement.
La contribution principale à la cohésion des nuclides est l’interaction forte entre les
nucléons. Le nuclide peut être décrit par le modèle semi-empirique de la goutte
liquide ou par un modèle en couches proche des modèles atomiques.
Les désintégrations et réactions nucléaires ont un caractère probabiliste décrit
respectivement par la demi-vie radioactive et par la section efficace de réaction.
Exercices
Les solutions sont regroupées p. 628.
26.1 Distance d’approche dans l’expérience de Rutherford
Calculer quelle distance minimale D du centre du nuclide d’or (Z = 79) atteint une
particule a d’énergie cinétique E C ≈ 78,6 MeV dans une collision frontale.
26.2 Masse volumique de la matière nucléaire
Comparer la masse volumique d’une étoile à neutrons (r*∼ 5 · 10
14 g · cm
–3 ) à celle de
la matière nucléaire (r).
26.3 Résonance magnétique nucléaire
Calculer la fréquence du photon émis lors de la transition entre niveaux d’énergie de
spin du noyau d’hydrogène dans un champ de 1 T (application : imagerie médicale
IRM).
26.4 Protonthérapie
La protonthérapie est un traitement de tumeurs cancéreuses par faisceau de protons
d’environ 60 à 300 MeV ; cette technique est coûteuse en l’état actuel de la technologie
(accélération des protons par cyclotron) mais elle présente des avantages par rapport aux
rayons X (dépôt de l’énergie en fin de trajet sans abîmer les tissus traversés, focalisation
au millimètre près) et pourrait devenir plus accessible avec la disponibilité de nouveaux
accélérateurs miniatures.
Calculer la vitesse v d’un proton d’énergie cinétique T = 312 MeV.
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