Chapitre 5 – Noyau, masse et énergie

Objectif du chapitre

Dans ce chapitre, nous allons étudier le lien entre la masse et l’énergie, le fonctionnement du noyau atomique, l’énergie de liaison, ainsi que les deux grandes transformations nucléaires : fission et fusion.

1. Équivalence masse–énergie (Einstein)

Einstein établit la relation fondamentale :

Elle montre que toute masse possède une énergie et qu’une variation de masse vérifie :

2. Unités utilisées en nucléaire

• 
  

  Énergie : eV, MeV

  
  


• 
  

  Masse : unité de masse atomique (u), où 1 u = 1/12 de la masse de l’atome de carbone 12

  
  


• 
  

  Masse parfois exprimée en MeV/c²

  
  

3. Énergie de liaison du noyau

• 
  

  Énergie nécessaire pour séparer un noyau en nucléons isolés

  
  


• 
  

  Toujours positive

  
  


• 
  

  Énergie de liaison par nucléon :

  
  $$\xi =\frac{E_L}{\mathrm{A<span\; style="font-family:\; Nunito,\; "Segoe\; UI",\; arial;"></span><span\; class="vlist-s"\; style="font-family:\; Nunito,\; "Segoe\; UI",\; arial;"></span>}}$$


• 
  

  Plus elle est grande, plus le noyau est stable

  
  

4. Fission nucléaire

• 
  

  Un noyau lourd absorbe un neutron et se casse en deux noyaux plus légers

  
  


• 
  

  Le neutron est utilisé car non chargé

  
  


• 
  

  L’énergie libérée dépend de la plus grande stabilité des produits

  
  

5. Fusion nucléaire

• 
  

  Deux petits noyaux légers s’unissent pour en former un plus lourd

  
  


• 
  

  Cette réaction entraîne une perte de masse

  
  


• 
  

  L’énergie libérée est donnée par :

  
  $$E_{\text{libérée}} = |\Delta E|$$
  

6. Bilan énergétique

• 
  

  Si le système perd de l’énergie, alors ΔE < 0

  
  


• 
  

  L’énergie libérée correspond à :

  
  $$E_{\text{libérée}} = |\Delta E|$$
  

7. Radioactivité et dangers

Les rayonnements alpha, bêta et gamma sont ionisants et donc potentiellement dangereux,

mais utilisés à faible dose, ils sont utiles notamment en médecine. médecine.