Histoire de E=Mc²

[boy30]

Bonjour, j'ai regardé hier soir sur Arte le reportage du même nom que j'ai trouvé très intéressant. Cependant, j'aurais aimé avoir des explications supplémentaires au sujet de la fission nucléaire: il s'agit bien de "bombarder" un noyau lourd avec des neutrons je crois pour qu'il se "divise" en deux noyaux plus légers avec émission de d'autres neutrons qui déclenchent alors une réaction en chaîne et avec cette fameuse loi E=Mc², la masse disparue se transforme en énergie considérable vu la grande valeur de la célérité, un peu comme l'énergie cinétique en physique classique...
Questions: 1) Quelle est cette masse perdue qui se transforme en énergie?
2) Pourquoi faut-il obligatoirement des noyaux lourds?
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[boy30]

Pourquoi je n'ai pas de réponses, je ne suis pas sur le bon forum?

[stefjm]

Pourquoi je n'ai pas de réponses, je ne suis pas sur le bon forum?

Si mais dimanche à l'heure de l'apéro...

[invitefa57a13b]

Bonjour,
Les noyaux lourds sont instables, c'est le cas de l'uranium 232 dans le documentaire. Comme ils l'ont expliqué, c'est un peu comme une goutte d'eau (noyau de l'uranium) il suffit qu'une autre goutte d'eau neutron) rentre dans celle- ci pour que le système devienne plus instable et se sépare en deux gouttes d'eau (deux autres atomes). Lors de cette fission on observe un défaut de masse, qui multiplié au carré de la célérité de la lumière (E=mc²) nous donne cette fameuse énergie.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

1) Quelle est cette masse perdue qui se transforme en énergie?

Elle est due à l'interaction forte qui lie les neutrons et les protons dans le noyau. Elle porte bien son nom, cette interaction est extrêmement forte, beaucoup plus que les interactions électromagnétiques. C'est ce qui explique que le noyau soit si compact

La masse d'un assemblage dépend non seulement de la masse des constituants (protons et neutrons) mais aussi de leur énergie de liaison (suivant la relation E=mc²). Elle est plus faible quand la liaison est forte.

Les neutrons et protons étant mieux liés dans un petit noyau que dans un gros noyau, tu as beaucoup de différence d'énergie, c'est-à-dire une différence de masse importante.

A noter que cet effet est vrai de toutes les interactions. Mais elles sont généralement trop faibles que pour avoir une différence notable dans la masse. Si tu pèses séparément deux aimants sur une balance puis que tu les repèses quand ils sont liés en sembles, tu ne verras pas de différence : c'est trop faible.

Mais avec l'interaction forte (dite aussi nucléaire), la différence est notable.

Pour compléter l'explication de Francis. Qu'est-ce qui permet à un noyau d'être stable ? L'interaction nucléaire, évidemment. Mais celle-ci a un défaut : elle est à très courte portée. Guère plus que la taille d'un proton ou d'un neutron. En quelques sortes l'ensemble des neutrons et protons agit comme si chaque particule n'était liée qu'à ses voisines. L'assemblage, s'il est gros, à donc tendance à être plutôt déformable.

En plus, les protons ont une charge électrique et se repoussent. L'interaction nucléaire est plus forte.... ou presque ! Car les protons sont vraiment l'un contre l'autre et la répulsion électrostatique est extrêmement forte. De fait, un noyau constitué uniquement de deux protons, ça n'existe pas. Il faut ajouter des neutrons, qui eux n'ont pas de charge, pour stabiliser. Et comme la force de répulsion agit a grande distance tandis que la force nucléaire agit uniquement à courte distance, plus le noyau est gros plus il faut de neutrons. S'il n'y en a pas assez, l'atome éjecte des protons (en fait, pour des raisons énergétiques, il éjecte surtout des noyaux alpha = noyau d'héliums, c'est la radioactivité alpha)

Mais les neutrons aussi ont un problème : ils sont instables. Ils ont tendance à se désintégrer pour former un proton et un électron (plus un antineutrino). C'est la radioactivité bêta (émission d'électrons très énergétiques par le noyau). Le phénomène ne se produit que s'il y a un avantage énergétique, en particulier la présence de protons voisins stabilise le neutron car après désintégration, pour empêcher la répulsion des deux protons il fautdrait beaucoup d'énergie. De fait, un noyau avec seulement des neutrons, ça n'existe pas.

On comprend alors qu'à force de rajouter des neutrons et des protons ça finit par devenir totalement instable : les protons se repoussent, les neutrons ont envie de se désintégrer, le noyau se déforme. Et boum : on a des noyaux instables, radioactifs ou qui se brisent en deux.

[b@z66]

Merci beaucoup pour cette explication détaillée,

Je n'y connais pas grand chose en physique des particules mais une question me taraude quand même. Dans le noyau, on a donc l'interaction forte qui le stabilise pour l'empêcher "d'exploser"(une interaction attractive donc) et de l'autre côté l'interaction électromagnétique qui aurait plutôt tendance à le faire éclater(interaction répulsive entre les protons). Ce que je m'imaginais jusqu'à présent c'était que le défaut de masse était plutôt lié à l'énergie de liaison électromagnétique puisque celle-ci semblait se "libérer"(transformée en énergie cinétique?) quand le noyau éclatait mais vous m'apprenez qu'elle est en fait due à l'énergie de l'interaction forte, pourriez-vous m' expliquer où se trouve donc l'erreur dans mon raisonnement? Une dernière question qui est en rapport avec la précédente et qui est liée à ma compréhension personnelle: les interactions opposées(attractives et répulsives) donnent-elles des différences de masses opposées algébriquement?

PS: ce documentaire historique était effectivement très bien réalisé.

[b@z66]

Merci beaucoup pour cette explication détaillée,

Je n'y connais pas grand chose en physique des particules mais une question me taraude quand même. Dans le noyau, on a donc l'interaction forte qui le stabilise pour l'empêcher "d'exploser"(une interaction attractive donc) et de l'autre côté l'interaction électromagnétique qui aurait plutôt tendance à le faire éclater(interaction répulsive entre les protons). Ce que je m'imaginais jusqu'à présent c'était que le défaut de masse était plutôt lié à l'énergie de liaison électromagnétique puisque celle-ci semblait se "libérer"(transformée en énergie cinétique?) quand le noyau éclatait mais vous m'apprenez qu'elle est en fait due à l'énergie de l'interaction forte, pourriez-vous m' expliquer où se trouve donc l'erreur dans mon raisonnement? Une dernière question qui est en rapport avec la précédente et qui est liée à ma compréhension personnelle: les interactions opposées(attractives et répulsives) donnent-elles des différences de masses opposées algébriquement?

PS: ce documentaire historique était effectivement très bien réalisé.

Bon, j'ai eu la réponse à mes questions avec ce lien: http://www.web-sciences.com/fichests/fiche6/fiche6.php . En gros, suivant qu'on ait affaire à une fusion ou à une fission, il faut fournir de l'énergie pour vaincre soit l'interaction forte ou la répulsion coulombienne et ensuite c'est l'interaction restante qui permet de récupérer de l'énergie. Merci.