Principes de la physique nucléaire/Introduction

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Introduction

La matière est constituée de molécules, elles-mêmes constituées d'atomes. Ces atomes sont formés d'un noyau central entouré d'un cortège électronique. La physique nucléaire est la science qui s'intéresse à l’ensemble des phénomènes physiques faisant intervenir le noyau atomique.

Le noyau atomique est constitué de nucléons, qui se répartissent en protons et en neutrons. Les protons sont des particules qui possèdent une charge électrique élémentaire positive, alors que les neutrons sont des particules neutres. Ils n'ont qu'un moment magnétique, et ne sont donc que peu sensibles au champ électromagnétique, contrairement aux protons. Les noyaux possédant la même valeur de Z sont appelés isotopes. (voir cours sur la Structure de l'atome)

Réactions nucléaires

Une réaction est dite nucléaire lorsqu’il y a modification de l'état d'un ou plusieurs noyaux. Participent alors à la réaction protons et neutrons (notés respectivement p et n), mais également d'autres particules, tels les électrons e⁻, les positrons e⁺...

Les réactions nucléaires peuvent être de plusieurs types. Pour ne citer que les plus importantes :

• la fission : La fission induite est la désintégration en plusieurs fragments, d'un noyau lourd ayant capturé une autre particule (généralement un neutron).
• la fusion : plusieurs noyaux légers fusionnent. (C'est le mode de production d'énergie des étoiles). C’est également le type de réaction qui est utilisé dans les bombes dites à hydrogène.
• la radioactivité : un noyau émet une ou plusieurs particules spontanément.
• réactions de diffusion (élastique ou inélastique) : des particules légères ou des noyaux, qui constituent le projectile, sont envoyés sur un noyau cible mais de façon à éviter une collision frontale. Le projectile est dévié par la cible mais a modifié l'état de cette dernière. Dans le cas d'une diffusion élastique, l'énergie de la cible n’est pas modifiée, au contraire d'une diffusion inélastique.

Cohésion du noyau

L'interaction forte maintient la cohésion des nucléons au sein du noyau. C’est la plus intense des quatre forces fondamentales de la nature (d'où son nom). Elle se caractérise par le fait qu'elle est fortement attractive à courte distance (lorsque les nucléons se rapprochent très près l'un de l'autre), répulsive à "moyenne" distance, et s'annule à longue distance. Les protons étant des particules chargées, ils interagissent également via l'interaction coulombienne.