Les réactions nucléaires impliquent la transformation de noyaux atomiques, entraînant l'émission ou l'absorption de l'énergie et la création de nouveaux isotopes ou éléments. La théorie des réactions nucléaires est basée sur les principes fondamentaux de la physique nucléaire, qui peuvent être résumés comme suit:
1. Lois de conservation:
* Conservation de l'énergie de masse: L'énergie massive totale d'un système fermé reste constante. Cela signifie que la masse des réactifs avant une réaction nucléaire doit être égale à la masse des produits plus toute énergie libérée (ou moins toute énergie absorbée).
* Conservation des charges: La charge électrique totale reste constante dans une réaction nucléaire. La somme des charges des réactifs doit être égale à la somme des charges des produits.
* Conservation de l'élan: L'élan total d'un système fermé reste constant. L'élan des réactifs avant la réaction doit être égal à l'élan des produits.
* Conservation du numéro de baryon: Le nombre total de baryons (protons et neutrons) reste constant dans une réaction nucléaire.
2. Forces nucléaires:
* Force nucléaire forte: C'est la force la plus forte dans la nature, tenant des protons et des neutrons dans le noyau. Il est à court terme et n'agit que sur des distances comparables à la taille d'un noyau.
* Force nucléaire faible: Cette force est responsable de la désintégration radioactive, en particulier la décroissance bêta, où un neutron se décompose dans un proton, un électron et un antinéutrino. Il est plus faible que la force forte et a une portée plus courte.
* Force électromagnétique: Cette force régit l'interaction entre les particules chargées, y compris les protons dans le noyau. Il est responsable de repousser les protons mais est maîtrisé par la forte force à des distances rapprochées.
3. Structure nucléaire:
* Nucleons: Les constituants du noyau, protons et neutrons.
* Énergie de liaison nucléaire: L'énergie nécessaire pour séparer tous les nucléons d'un noyau. Plus l'énergie de liaison est élevée, plus le noyau est stable.
* Modèle de coquille nucléaire: Ce modèle explique la disposition des nucléons dans le noyau dans les niveaux d'énergie, similaires aux coquilles d'électrons dans les atomes. Ce modèle aide à expliquer la stabilité de certains isotopes.
4. Types de réactions nucléaires:
* Décriture radioactive: La désintégration spontanée d'un noyau instable dans un noyau plus stable, accompagné de l'émission de particules ou d'énergie.
* Fission nucléaire: Le fractionnement d'un noyau lourd en deux noyaux plus légers ou plus, accompagnés de la libération d'une grande quantité d'énergie.
* Fusion nucléaire: La combinaison de deux noyaux légers pour former un noyau plus lourd, libérant une grande quantité d'énergie.
* Transmutation nucléaire: La conversion d'un élément en une autre par le biais de réactions nucléaires.
5. Mécanismes de réaction nucléaire:
* Noyau composé: Il s'agit d'un noyau intermédiaire temporaire et très excité formé lorsqu'une particule de projectile interagit avec le noyau cible. Il se désintègre dans divers produits.
* Interaction directe: Ce processus implique une interaction directe entre le projectile et un nucléon dans le noyau cible, entraînant une émission rapide de particules.
6. Valeur Q réaction nucléaire:
* Q-valeur: L'énergie libérée ou absorbée dans une réaction nucléaire. Une valeur Q positive indique une réaction exothermique, tandis qu'une valeur Q négative indique une réaction endothermique.
7. Section transversale nucléaire:
* section transversale: Une mesure de la probabilité d'une réaction nucléaire particulière se produisant. Cela dépend de l'énergie du projectile et du noyau cible.
Ces principes fondamentaux fournissent le cadre théorique pour comprendre et prédire le comportement des réactions nucléaires, qui sont cruciaux pour divers domaines comme l'énergie nucléaire, l'imagerie médicale et la recherche scientifique.
