1. Introduction
5
sa neutralité électrique. Le nombre de masse A e s tl en o m b r ed ep r o t o n s
plus le nombre de neutrons N : A = Z + N . Les protons et les neutrons
sont appelés collectivement nucléons. Les réactions nucléaires sont pour les
protons et les neutrons l’analogue des réactions chimiques pour les atomes :
une réaction nucléaire est une redistribution des protons et des neutrons dans
des noyaux différents des noyaux initiaux, de même qu’une réaction chimique
est une redistribution des atomes dans des molécules différentes des molécules
initiales. Un exemple de réaction nucléaire est la réaction de fusion des noyaux
de deutérium (
2 H : un proton + un neutron) et de tritium (
3 H :u np r o t o n+
deux neutrons) pour donner un noyau d’hélium
4 (
4 He : deux protons + deux
neutrons) et un neutron libre
2 H+
3 H →
4 He + n +17.6M e V
La réaction dégage une énergie de 17.6 MeV et pourrait être utilisée dans
un futur (probablement lointain) pour produire de l’énergie à grande échelle,
l’énergie de fusion. Le réacteur de recherche ITER en construction à Cadarache est peut-être une première étape dans cette direction.
Dans la composition de l’atome en noyau et électrons, de même que dans
celle du noyau en protons et neutrons, un concept important est celui d’énergie
de liaison. Considérons un objet stable C formédedeuxobjetsA et B : C est
appelé état lié de A et B. La désintégration C → A + B ne sera pas possible
si la masse m C de C est inférieure à la somme des masses m A et m B de A et
de B, c’est-à-dire si l’énergie de liaison
3 E L
E L =(m A + m B − m C )c
2
(1.1)
est positive ; c est la vitesse de la lumière. E L est l’énergie qu’il faut fournir
pour dissocier C en A + B. En physique atomique, cette énergie est appelée
énergie d’ionisation : c’est l’énergie nécessaire pour dissocier un atome en un
ion positif et un électron, ou, en d’autres termes, pour arracher un électron à
l’atome. Pour les molécules, E L est l’énergie de dissociation, l’énergie nécessaire pour dissocier la molécule en atomes. Une particule ou un noyau instable
dans une certaine configuration peut parfaitement être stable dans une autre
configuration. Le neutron libre (n), par exemple, est instable : en un temps
d’une quinzaine minutes en moyenne (plus précisément 880 s), il se désintègre
en un proton (p), un électron (e) et un antineutrino électronique (ν e ), ce qui
correspond à la désintégration de base de la radioactivité β
n
0 → p
+ + e
− + ν
0
e
(1.2)
3. En raison de la célèbre relation d’Einstein E = mc 2 , ou tout simplement par analyse
dimensionnelle, on peut relier masse et énergie et exprimer par exemple les masses en J/c 2
ou en eV/c 2 .
5
sa neutralité électrique. Le nombre de masse A e s tl en o m b r ed ep r o t o n s
plus le nombre de neutrons N : A = Z + N . Les protons et les neutrons
sont appelés collectivement nucléons. Les réactions nucléaires sont pour les
protons et les neutrons l’analogue des réactions chimiques pour les atomes :
une réaction nucléaire est une redistribution des protons et des neutrons dans
des noyaux différents des noyaux initiaux, de même qu’une réaction chimique
est une redistribution des atomes dans des molécules différentes des molécules
initiales. Un exemple de réaction nucléaire est la réaction de fusion des noyaux
de deutérium (
2 H : un proton + un neutron) et de tritium (
3 H :u np r o t o n+
deux neutrons) pour donner un noyau d’hélium
4 (
4 He : deux protons + deux
neutrons) et un neutron libre
2 H+
3 H →
4 He + n +17.6M e V
La réaction dégage une énergie de 17.6 MeV et pourrait être utilisée dans
un futur (probablement lointain) pour produire de l’énergie à grande échelle,
l’énergie de fusion. Le réacteur de recherche ITER en construction à Cadarache est peut-être une première étape dans cette direction.
Dans la composition de l’atome en noyau et électrons, de même que dans
celle du noyau en protons et neutrons, un concept important est celui d’énergie
de liaison. Considérons un objet stable C formédedeuxobjetsA et B : C est
appelé état lié de A et B. La désintégration C → A + B ne sera pas possible
si la masse m C de C est inférieure à la somme des masses m A et m B de A et
de B, c’est-à-dire si l’énergie de liaison
3 E L
E L =(m A + m B − m C )c
2
(1.1)
est positive ; c est la vitesse de la lumière. E L est l’énergie qu’il faut fournir
pour dissocier C en A + B. En physique atomique, cette énergie est appelée
énergie d’ionisation : c’est l’énergie nécessaire pour dissocier un atome en un
ion positif et un électron, ou, en d’autres termes, pour arracher un électron à
l’atome. Pour les molécules, E L est l’énergie de dissociation, l’énergie nécessaire pour dissocier la molécule en atomes. Une particule ou un noyau instable
dans une certaine configuration peut parfaitement être stable dans une autre
configuration. Le neutron libre (n), par exemple, est instable : en un temps
d’une quinzaine minutes en moyenne (plus précisément 880 s), il se désintègre
en un proton (p), un électron (e) et un antineutrino électronique (ν e ), ce qui
correspond à la désintégration de base de la radioactivité β
n
0 → p
+ + e
− + ν
0
e
(1.2)
3. En raison de la célèbre relation d’Einstein E = mc 2 , ou tout simplement par analyse
dimensionnelle, on peut relier masse et énergie et exprimer par exemple les masses en J/c 2
ou en eV/c 2 .