• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

Modèle standard des particules
Réactions nucléaires

Sommaire
  1. Mécanique quantique
  2. Modèle standard des particules
    1. Vue d'ensemble
      1. Statistique de Fermi-Dirac
      2. Principe d'exclusion de Pauli
      3. Statistique de Bose-Einstein
      4. Antiparticules
        1. Annihilation particules/antiparticules
        2. Asymétrie baryonique de l'univers
          1. Vue d'ensemble
          2. Baryogenèse
    2. Atome
      1. Noyau
        1. Nucléons
          1. Neutron
          2. Proton
          3. Nombre de nucléons et tableau périodique
          4. Forces intervenant dans le noyau
        2. Structure nucléaire
          1. Modèle de la goutte liquide
            1. Vue d'ensemble
            2. Nombres magiques et vallée de la stabilité
          2. Modèle en couches
          3. Modèle du champ moyen
      2. Électrons
        1. Propriétés des électrons
        2. Orbitales et spin-orbitales
        3. Ionisation et ions
    3. Fermions
      1. Vue d'ensemble
      2. Quarks
        1. Vue d'ensemble
        2. Propriétés des quarks
        3. Saveurs des quarks
      3. Hadrons
        1. Baryons
          1. Vue d'ensemble
          2. Nombre baryonique
          3. Classification des baryons
            1. Baryons stables : nucléons
            2. Baryons instables
              1. Baryons Delta
              2. Baryons Lambda
              3. Baryons Sigma
              4. Baryons Xi
              5. Baryons Oméga
        2. Mésons
          1. Vue d'ensemble des mésons
          2. Propriétés des mésons
          3. Classification et liste des mésons
            1. Kaons
            2. Pions
      4. Leptons
        1. Vue d'ensemble
        2. Nombres leptoniques
        3. Propriétés des leptons
    4. Bosons
      1. Vue d'ensemble
      2. Gluons : bosons de jauge de l'interaction forte
        1. Propriétés des gluons
        2. Échanges de gluons
        3. Autres formes de gluons
      3. Photons : bosons de jauge de l'interaction électromagnétique
        1. Propriétés des photons
        2. Émission et absorpton de photons
        3. Particules et vitesse de la lumière
      4. Bosons W± et Z0 : bosons de jauge de l'interaction faible
      5. Boson de Higgs
        1. Mécanisme de Higgs
        2. Propriétés du boson de Higgs
    5. Réactions nucléaires
      1. Fusion
      2. Fission
      3. Radioactivité
      4. Photodesintegration
      5. Photodesintegration
      6. Spallation
      7. Multifragmentation
    6. Rayonnements et interactions avec la matière
      1. Diffusion (ou choc)
      2. Rayonnements ionisants
      3. Interactions des rayonnements avec la matière
        1. interactions de photons avec la matière
        2. interactions des particules massives
  3. Interactions ou forces fondamentales
    1. Vue d'ensemble
      1. Interaction nucléaire forte
      2. Interaction électromagnétique
      3. Interaction faible
      4. Gravitation
    2. Comment expliquer que les soient portées par des particules ?
      1. Que se passe-il en mécanique quantique ?
      2. Paramètres libres
        1. Constantes de couplages
        2. Autres paramètres libres
    3. Chromodynamique quantique (QCD)
      1. Charges de couleur
        1. Couleurs des quarks
        2. Couleurs des gluons
        3. Changements de couleurs
      2. Isospin (fort ou spin isobarique)
    4. Électrodynamique quantique (QED)
      1. Vue d'ensemble
      2. Diagramme de Feynmann
    5. Interaction faible
      1. Propriétés de l'interaction faible
      2. Isospin faible
    6. Interaction électrofaible
    7. Gravitation
  4. Modèle de l'univers : Big Bang

Bibliographie

définition

Une réaction est dite nucléaire lorsqu'il y a modification de l'état quantique du noyau.

Classification

Modes de désintégrations
Modes de désintégrations
(Figure : vetopsy.fr)

On en compte plusieurs catégories de réactions nucléaires :

1. la fusion, i.e. des noyaux fusionnent ;

2. la fission, i.e. des noyaux se brisent en plusieurs fragments ;

3. la radioactivité, i.e. un noyau émet une ou plusieurs particules ;

4. La photodésintégration consiste en l'interaction entre un rayon gamma (γ) de très haute énergie avec un noyau atomique.

  • Le noyau atomique se désexcite de différentes manières : réémission de rayons gamma, émission de particules, fission... L'excitation produit souvent des particules alpha ( $^4_2He$), des neutrons ou des protons.
  • La photodésintégration est endothermique pour les noyaux plus légers que le fer ($^{56}_{26}Fe) et exothermique pour les noyaux plus lourds.

La photodésintégration est en partie responsable de la nucléosynthèse par le processus p pour produire des noyaux p riches en protons.

5. la spallation (" to spall ", produire des éclats), i.e. des particules légères (neutrons ou protons) sont envoyées sur un noyau cible et expulsent un ou plusieurs nucléons de ce noyau, en produisant des fragments plus petits.

6. la multifragmentation décompose un noyau en plus de deux noyaux ( Voir bouillir les noyaux atomiques avec INDRA).

Nucléosynthèse dans une étoile massive
Nucléosynthèse dans une étoile massive
(Figure : vetopsy.fr d'après Hoshimoriyo)

Certaines réactions nucléaires sont des transmutations (ou mues atomiques), i.e. transformations d'un élément chimique en un autre.

attention

Les réactions de diffusion, elles, ne modifient pas la composition du noyau.

Fusion

La fusion nucléaire, dite parfois fusion thermonucléaire, est un processus où deux noyaux atomiques légers s’assemblent pour former un noyau plus lourd.

  • La masse du nouvel atome obtenu par la fusion est inférieure à la somme des masses des deux atomes légers.
  • Elle dégage des quantités colossales d'énergie issu de l'attraction des nucléons par l'interaction forte (cf. énergie de liaison nucléaire) transformée en chaleur $(E=mc^2)$.

Les réactions principales sont :

  • $^2_1D\;+\;^2_1D\;\rightarrow\;^3_2He\;+\;n\\\quad(0,82+2,45\;MeV)$
  • $^2_1D\;+\;^2_1D\;\rightarrow\;^3_1He\;+\;^1_1H\\\quad(1,01+3,03\;MeV)$
  • $^2_1D\;+\;^3_1H\;\rightarrow\;^4_2He\;+\;n\\\quad(3,52+14,06\;MeV)$
  • $^2_1D\;+\;^3_2He\;\rightarrow\;^4_2He\;+\;^1_1H\\\quad(3,67+14,67\;MeV)$

Ces fusions sont à l’œuvre de manière naturelle dans la plupart des étoiles de l'Univers (cf. nucléosynthèse stellaire).

Fission

La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (à grand nombre de nucléons) est divisé en plusieurs nucléides plus légers.

On peut prendre comme exemple l'uranium 235 :

Fission de l'Uranium 235s
Fission de l'Uranium 235
(Figure : vetopsy.fr )

$^{235}_{\,\,92}U\;+\;^1_0n\;\rightarrow\;^{93}_{36}Kr\;+\;^{140}_{\,\,56}Ba\;+3\;^1_0n\;+E$

La fission nucléaire se traduit donc par :

1. l'émission de neutrons (en général deux ou trois) qui, à leur tour, causent la fission d'un autre noyau… : on nomme ce processus une réaction en chaîne : ces neutrons sont dits " prompts " ;

2. un dégagement d'énergie très important, environ 200 MeV par atome fissionné contre quelques eV seulement lors de réactions chimiques ;

3. par la création de produits de fission, nucléides en général instables qui possèdent un excès de neutrons qui seront expulsés du noyau.

En général, c'est la radioactivité bêta- (β-) qui est à l'oeuvre :

  • par exemple : $^{93}_{36}Kr\;\rightarrow\;^{93}_{37}Rb\;\rightarrow\;^{93}_{38}Sr\;\rightarrow\;^{93}_{39}Y\;\rightarrow\;^{93}_{40}zr\;\rightarrow ^{93}_{41}Nb$ qui est stable ;
  • $^{140}_{\,\,56}Ba\;\rightarrow\;^{140}_{\,\,57}La\;^{140}_{\,\,58}Ce$ qui est stable.

Toutefois, on peut assister à une émission directe de neutrons dits " retardés ".

Remarque : l'absorption d'un rayon gamma peut provoquer une photofission.

Radioactivité ou désintégration

Bibliographie
  • Pas de bibliographie disponible