Physique: nucléaire

[invite50419f51]

Bonjour,

En ce moment je suis entrain de voir l'énergie nucléaire ainsi que les réactions nucléaire et j'ai quelques soucis de compréhension.

Si j'ai bien compris, les particules isolées (neutron, proton) vont convertir une partie de leurs masses en énergie nucléaire afin de rester soudé.

2neutrons + 2protons -> 1noyaux d'hélium + E

Ce E est l'énergie de liaison on m'a dit, et qu'elle était une conséquence de la réaction nucléaire (ou alors j'ai mal compris). Mais comment, d'où vient-elle exactement.. ? Voilà déjà une première question.



La seconde, c'est en rapport avec le radium qui devient du radon en expulsant le noyau d'hélium.

Radium -> Radon + Hélium + E

Le E symbolise l'énergie cinétique. Alors ce que je pense avoir compris là dedans:
Le noyaux d'hélium va récupérer l'énergie nucléaire qui le maintenait soudé au noyaux sous forme de masse, puis se reformé en convertissant sa masse pour former le noyaux d'hélium. Ici on m'a parlé d'énergie cinétique qui l'expulsait du noyau de radium. D'où vient-elle.. ?


Merci de m'éclairer
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[physeb]

Bonjour,

en fait, pour chacune de tes expression il manque l'indication qu'il s'agit de masse. Ta première expression signifie que sit tu "mesure la masse" des deux neutrons et les deux protons les uns séparément des autres, alors la somme des ces masses est supérieure à la masse de l'hélium.

Le principe d'équivalence masse énergie nous permet de dire qu'une partie de l'énergie de masse est utilisée pour lié le noyau. On parle alors d'énergie de liaison et tu as la relation suivante:




De même, il revient au même de dire que l'énergie de liaison d'un noyau est "l'énergie qu'il faut donner à ce dernier pour le décomposé entièrement en neutrons et en protons libres". Cette énergie est liée à "l'intéraction forte" entre les nucléons qui les maintiennent liés.


Pour la deuxième question:

Ici il faut remarquer que le nombre de protons et de neutrons contenus dans le Radium sont identiques à ceux contenus dans un atome de Radon + un atome d'hélium. Or, si on "pèse" (dans les mêmes conditions bien évidemment) un atome de Radium d'un côté et un atome de Radon + un atome d'hélium de l'autre, alors on peut s'appercevoir que le résultat n'est pas le même. Celà veut dire que l'énergie de liaison du Radium est différente de la somme des énergies de liaisons du Radon et de l'Hélium. Or il s'avère qu'il est moins couteux en énergie de former un Helium + un Radon que de former un Radium. Et comme tout système physique tant vers son état le plus bas en énergie, le Radium est instable car tant à se transformer en Radon + Helium. C'est ce qu'on appelle une "fission spontanée" et l'énergie excédentaire est en partie ce qu'on appelle les radiations.

L'excédent d'énergie part (c'est le E de ton expression) peut en effet se "transformer" en énergie cinétique pour chacun de tes deux "noyaux fils" que sont le Radon et l'Hélium.


cordialement

[invite50419f51]

Bonsoir.

Merci de ta réponse

J'ai besoin d'encore une ou deux précisions encore.

Quand tu dis

Cette énergie est liée à "l'intéraction forte" entre les nucléons qui les maintiennent liés.

Dans quel sens c'est liée? Elle a pour role de liers les éléments entre eux ? C'est ce que j'ai cru comprendre sur wikipedia mais c'était compliqué.

Et si j'ai bien compris, l'énergie de liaison correspond donc, soit à l'énergie obtenu quand on forme un nouveau noyaux ou soit à l'énergie à fournir pour en casser un. C'est bien cela ?

Merci.

[physeb]

En fait j'ai été un peu succint, l'énergie de liaison n'est pas si simple que ça. Une formule semi-empirique qui se comprend bien est la formule de Bethe-Weizsacker .
C'est la formule de l'approximation de la goutte liquide. Tu peux trouver de bonnes explications dans les livre de Luc Valentin.


Toujours utile, que la partie attractive dans le noyau est du effectivement à l'interaction forte. Cette dernière est une intéraction fondamentale de la physique (au même titre que l'interaction faible, électromagnétique et gravitationelle. Cette dernière n'est pas décrite de la même manière que les autres à l'heure actuelle, il n'y a pas de gravitation quantique...). Elle est portée par les gluons (tout comme l'electromag est portée par les photons...) et est très particulière car, elle se comporte de deux manières différentes selon la distance à laquelle on regarde:

-à l'échelle des quarks, son attraction augmente avec la distance (contre intuitif par rapport à tout ce qui se passe à notre échelle, l'attraction gravitationnelle diminue avec la distance), c'est la raison pour laquelle nous ne pouvons pas voir de quarks seuls car l'energie pour séparer deux quarks est suffisante pour créer d'autre quarks qui se lient automatiquement à ces deux derniers.

- à l'échelle des nucléons, l'attraction diminue très rapidement avec la distance (sens intuitif), à tel point que l'on peut considérer que les nucléons ne s'attirent que de proche en proche. Autrement dit si deux nucléons sont séparés par un troisièmes, ceux-ci ne s'attire pas mutuellement par interaction forte.


C'est la tout le problème, car bien que l'interaction forte soit de loin la plus "forte", comme elle agit que de proche en proche, la répulsion coulombienne entre tous les protons du noyau peut devenir plus forte que l'attraction du a l'interaction forte. C'est pour ça que dans les gros noyaux il y a un excedant de neutrons, qui agissent uniquement par interaction forte ne portant pas de charge.

La formule de Bethe-Weizsacker exprime celà. J'espère que j'ai été assez clair, mais le sujet est plutot de niveau post licence.

Sinon, en effet l'energie de liaison correspond à l'énergie qu'il faut fournir pour décomposer entièrement un noyau donné (pour qu'il n'y ai plus aucune paire de nucléons liés). C'est la définition qu'il faut garder à l'esprit pour mieux comprendre et faire les calculs.

Bonne soirée

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite50419f51]

Ok merci pour toutes ces précisions

Je vais travaillé un peux tout ça et je repasserais si j'ai d'autres questions ^^

Bonne journée.