Glossaire

Abondance isotopique

Un élément chimique peut être constitué de plusieurs isotopes (cf. 20 Isotopes) mais ils ne sont pas créés dans les mêmes proportions.
L'abondance isotopique traduit la proportion d'un isotope donné dans l'élément chimique naturel considéré.
Dans la carte des nucléides nous vous donnons pour chaque élément chimique existant sur terre, les abondances isotopiques de chacun de ses isotopes. La somme des abondances pour chaque élément est de 100%.


Activité

C'est le nombre de noyaux instables qui se désintègrent à chaque seconde dans un échantillon radioactif donné. L'activité se mesure en becquerels (Bq) (cf. 3 Becquerel), 1 Bq = 1 désintégration par seconde.

Becquerel

Unité d'activité (cf. 2 Activité), 1 Bq = 1 désintégration par seconde
Le curie est l'ancienne unité de mesure : 1 curie correspond à 3,7E10 désintégrations par seconde, soit 3,7E10 Bq

Capture électronique

C'est une forme particulière de la radioactivité bêta+ (cf. 32 Radioactivité bêta), affectant les noyaux déficitaires en neutrons (cf. 24 Neutron). Un électron de la couche K ou L de l'atome interagit par interaction faible (cf. 16 Interaction nucléaire faible) avec un proton (cf. 29 Proton) du noyau. Ce proton est alors transformé en neutron avec expulsion d'un neutrino (cf. 23 Neutrino).
La seule manifestation facilement décelable à l'extérieur signant la capture électronique est alors l'émission de rayonnement X qui accompagne le réarrangement du cortège électronique de l'atome.


Conversion interne

Processus par lequel un noyau se trouvant dans un état excité transfère tout ou partie de son énergie d'excitation à un électron des couches K ou L de l'atome. Cet électron est alors expulsé. A la différence des électrons bêta émis par le noyau dans le phénomène de radioactivité bêta (cf. 32 Radioactivité bêta) et qui présentent une répartition continue de leur énergie, les électrons de conversion interne sont monoénergétiques.

Décroissance radioactive

Diminution de l'activité (cf. 2 Activité) d'une source radioactive au cours du temps du fait des désintégrations qui surviennent d'une manière aléatoire au sein d'une population de noyaux instables.
Pour certains éléments radioactifs à périodes très longues (cf. 27 Période), la décroissance est suffisamment lente pour que l'activité paraisse constante sur les durées accessibles à l'échelle humaine.

Electronvolt (eV)

Unité d'énergie bien adaptée au monde de l'atome, 1 eV = 1,6E-19 J (une fraction d'un millardième de millardième de Joule).
Les énergies mises en jeu dans les phénomènes nucléaires sont de l'ordre du million d'électronvolts (MeV).


Emission gamma

Les noyaux comme les atomes obéissent aux règles de quantification de leur énergie. Celle-ci ne peut prendre qu'une suite de valeurs discrètes : les niveaux d'énergie.
Lorsqu'à la suite d'une perturbation, réaction nucléaire, radioactivité (cf. 30 Radioactivité), un noyau occupe un niveau d'énergie élevé, il est dit excité. Il peut alors retomber de cet état excité à un niveau inférieur en expulsant la différence d'énergie sous forme d'un photon gamma (cf. 13 Gamma, photons gamma).
L'émission gamma accompagne donc presque tous les phénomènes affectant les noyaux.

Fermi (fm)

Unité de dimension bien adaptée à l'échelle des noyaux, 1 fm = 1E-15 m (1 millionième de milliardième de mètre).
Les rayons des noyaux atomiques varient de 1,5 fm à 6 ou 7 fm.
Le nom de cette unité vient de celui d'Enrico Fermi physicien italien (1901 - 1954), qui le premier établit la théorie de la désintégration bêta (bêta).


Filiation

Lorsqu'un noyau est instable, il se transforme spontanément par processus de radioactivité (cf. 30 Radioactivité) en un noyau fils, celui-ci peut à son tour subir une désintégration.
La chaîne de désintégration peut dans le cas de certains noyaux lourds être ainsi très longue avant d'aboutir à un noyau stable où cette filiation s'arrête.
ll existe ainsi trois grandes chaînes naturelles à partir de l'uranium de l'actinium et du thorium, éléments pères dont les périodes (cf. 27 Période) sont très longues.


Fission

Processus par lequel certains noyaux très lourds se scindent en deux noyaux plus légers avec libération de la différence d'énergie de liaison.
La fission du noyau d'uranium 235 par capture de neutrons lents (cf. 24 Neutron) a été découverte en 1938 par Hahn et Strassman. L'isotope 238 de l'uranium n'est pour sa part fissible que sous impact de neutrons rapides.
Certains éléments transuraniens se fissionnent même spontanément (cf. 34 Transuraniens (éléments transuraniens)).


Fusion

La fusion de deux noyaux est la réaction par laquelle deux noyaux s'associent pour former un noyau plus lourd.
Exemple : 1 H + 1 n ---> 2 H ou encore 2 H + 1 H ---> 3 He
Cette fusion est exoénergétique (elle libère de l'énergie) lorsqu'elle est réalisée entre noyaux légers. Son obtention exige toutefois que l'énergie cinétique des noyaux réagissants surmonte leur répulsion électrostatique (barrière de potentiel) soit par usage d'un accélérateur soit par la simple agitation thermique (fusion thermonucléaire).
Ce sont des réactions de fusion qui alimentent le débit énergétique des étoiles.

Gamma, photons gamma

Rayonnement électromagnétique émis par désexcitation des noyaux lors de l'émission gamma (cf. 8 Emission gamma). De même nature que les rayons X, ils en diffèrent par l'origine. Les rayons X sont pour leur part émis par désexcitation des atomes mais aussi par rayonnement de freinage d'électrons rapides ralentis dans la matière ou dont la trajectoire est incurvée par un champ magnétique.
Dans ces gammes d'énergie (de 0,1 MeV à quelques MeV) (cf. 7 Electronvolt (eV)), l'aspect corpusculaire l'emporte nettement sur l'aspect ondulatoire et le rayonnement apparaît quantifié en corpuscules localisés : les photons gamma.
· ces énergies, les photons gamma ont un parcours de quelques centaines mètres dans l'air. Pour s'en protéger, il est nécessaire de disposer de fortes épaisseurs de béton ou de plomb.

Interactions (ou forces fondamentales)

I1 existe 4 interactions ou forces fondamentales à l'origine de tous les phénomènes observables dans l'univers. Par ordre d'intensité croissante :
l'interaction gravitationnelle (cf. 15 Interaction gravitationnelle),
l'interaction nucléaire faible (cf. 16 Interaction nucléaire faible),
l'interaction électromagnétique (cf. 17 Interaction électromagnétique)
et l'interaction nucléaire forte (cf. 18 Interaction nucléaire forte)
C'est à partir de ces quatre interactions (considérées comme distinctes aujourd'hui, mais dont les théories actuelles pressentent l'unification à des énergies très élevées telles que celles qui ont pu exister à une échelle de temps très courte à l'origine du "big-bang") que l'on explique la structure de la matière et le comportement des particules qui la composent.


Interaction gravitationnelle

Attractive entre les masses, c'est la plus faible de toutes (1E+38 fois "cent milliards de milliards de milliards de milliards de fois" plus faible que l'interaction nucléaire forte). (cf. 18 Interaction nucléaire forte)
Son intensité est proportionnelle aux deux masses mises en jeu et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Sa portée est infinie.
Cette interaction se fait surtout sentir à l'échelle macroscopique où les masses considérées sont importantes : elle est responsable par exemple du mouvement des planètes et des galaxies, ou encore de notre poids qui nous lie à la Terre.
· l'échelle microscopique des noyaux les masses sont trop faibles pour que ses effets soient détectables.


Interaction nucléaire faible

Elle est responsable de la radioactivité bêta (cf. 32 Radioactivité bêta) et permet entre-autres la désintégration du neutron (cf. 24 Neutron). Elle intervient dans toutes les réactions mettant en jeu les neutrinos (cf. 23 Neutrino).
Elle est 1E+7 fois "dix millions de fois" plus faible que l'interaction nucléaire forte (cf. 18 Interaction nucléaire forte) et sa portée est extrêmement limitée : 1E-20 m ou 10 millionième d'un fermi (cf. 9 Fermi (fm))


Interaction électromagnétique

Attractive ou répulsive, elle se manifeste entre les charges électriques portées par les particules. Elle oeuvre dans tous les phénomènes observables à notre échelle, elle régit les propriétés physico-chimiques, l'électricité, le magnétisme, les forces de contact... Elle est 137 fois plus faible que l'interaction nucléaire forte (cf. 18 Interaction nucléaire forte)
Son intensité est proportionnelle aux deux charges mises en présence et inversement proportionnelle au carré de la distance entre ces charges. Sa portée est infinie.


Interaction nucléaire forte

C'est la plus intense des quatre interactions fondamentales (cf. 14 Interactions (ou forces fondamentales)). Elle est responsable de la cohésion des noyaux et des particules qui le composent en s'opposant à la dislocation de celui-ci sous l'action des répulsions électrostatiques entre les protons (cf. 29 Proton). Sa portée est de l'ordre de 1E-15 m, c'est-à-dire du fermi (cf. 9 Fermi (fm)).


Isobares

Les noyaux isobares sont ceux qui possèdent le même nombre total de nucléons, leur nombre de masse A (cf. 25 Nombre de masse).
Exemple:
le carbone 14 (6 protons et 8 neutrons)
l'azote 14 (7 protons et 7 neutrons)
et l'oxygène 14 (8 protons et 6 neutrons) (cf. 29 Proton)
sont des isobares de nombre de masse A=14. (cf. 24 Neutron)
Pour un même nombre A de nucléons, les masses réelles des noyaux isobares ne sont néanmoins pas identiques, les plus stables sont ceux pour lesquels cette masse est la plus petite (correspondant à l'énergie de liaison la plus élevée). Les autres isobares présentent donc une tendance spontanée à se transformer par radioactivité bêta+, bêta- (cf. 32 Radioactivité bêta) ou par capture électronique (cf. 4 Capture électronique) en le ou les isobares les plus stables.


Isotopes

Noyaux présentant le même nombre de protons (cf. 29 Proton) mais des nombres de neutrons (cf. 24 Neutron) différents. Le nombre de protons du noyau fixe celui des électrons de l'atome et par suite l'identité chimique de cet atome.
Ainsi la présence de 6 protons dans un noyau fait de celui-ci un noyau de carbone quel que soit le nombre de neutrons. Le noyau de carbone normal 12C (6 protons et 6 neutrons) et le noyau de carbone 14 14C (6 protons et 8 neutrons) sont des isotopes de l'élément carbone.
Les isotopes d'un élément présentent des propriétés chimiques quasi identiques, leur séparation exige donc l'intervention de processus physiques où la différence de masse seule peut être mises à profit pour rendre cette séparation possible.
C'est en 1913 que Frederick Soddy (1877-1956) propose la théorie des isotopes, observée expérimentalement en 1914 par T.W. Richards et confirmée par F.W. Aston (1877-1945) en 1919 par spectrométrie de masse.

Ligne de stabilité

Pour un même nombre de masse, les isobares (cf. 19 Isobares) les plus stables sont situés au voisinage de la ligne de stabilité sur la carte des nucléides dont les coordonnées sont le nombre de neutrons (N) (cf. 24 Neutron) et le nombre de protons (Z) (cf. 29 Proton).
Pour les noyaux légers, cette ligne coïncide avec la bissectrice des axes, ces noyaux ont autant de protons que de neutrons, mais au fur et à mesure que le nombre de masse augmente (cf. 25 Nombre de masse), la stabilité exige un excédent croissant de neutrons. Ceci est dû au fait que l'interaction nucléaire forte (cf. 18 Interaction nucléaire forte) qui assure la cohésion est à très courte portée alors que l'interaction électromagnétique (cf. 17 Interaction électromagnétique) répulsive entre les protons agit à grande distance. Le nombre de neutrons assurant de proche en proche la liaison par l'intermédiaire de la force nucléaire forte doit donc croître plus vite que le nombre de protons.

Magiques (nombres magiques)

Selon le modèle en couches (l'un des modèles imaginés pour rendre compte de la structure des noyaux), protons (cf. 29 Proton) et neutrons (cf. 24 Neutron) occupent des couches énergétiques à l'instar des électrons atomiques. Ces couches ne peuvent accueillir qu'un nombre déterminé de chacun de ces types de nucléons. Lorsque le noyau contient un nombre de protons (ou de neutrons) égal à 2, 8, 20, 28, 40, 50, 82 ou 126, la dernière couche est alors complète et le noyau est particulièrement stable, ce sont les "nombres magiques".
Pour certains noyaux, le nombre de protons et le nombre de neutrons sont tous les deux magiques, le noyau "doublement magique" est alors particulièrement stable (et son abondance isotopique (cf. 1 Abondance isotopique) est particulièrement grande), exemple le plomb 208 (82 protons, 126 neutrons).

Neutrino

Particule sans charge et de masse nulle (ou très faible), de la famille des leptons (particules légères non sensibles à l'interaction nucléaire forte). (cf. 18 Interaction nucléaire forte)
L'antineutrino est l'antiparticule du neutrino.
Sensible aux seules interaction nucléaire faible (cf. 16 Interaction nucléaire faible) et gravitationnelle (cf. 15 Interaction gravitationnelle), elle a une probabilité si faible d'interagir que sa détection est extrêmement difficile et qu'un neutrino peut traverser la Terre entière sans être absorbée.
C'est en observant le spectre énergétique des électrons émis lors de la radioactivité bêta (cf. 32 Radioactivité bêta) que W. Pauli en a suggéré l'existence en 1931. Il faudra attendre 26 ans pour qu'en 1957, Cowan et Reines réussissent enfin à le détecter expérimentalement.


Neutron

L'un des deux types de nucléons constituant des noyaux (avec le proton) (cf. 29 Proton), découvert en 1932 par J. Chadwick.
Le neutron a une masse de 1,0086649 uma (unité de masse atomique) c'est-à-dire environ 1,672E-27 kg, soit en équivalent énergie 939,5652 MeV (cf. 7 Electronvolt (eV)). C'est une particule électriquement neutre.
Le neutron libre n'est pas stable et se désintègre par interaction faible (cf. 16 Interaction nucléaire faible) en un proton avec émission d'un électron et d'un antineutrino (cf. 23 Neutrino) avec une période (cf. 27 Période) de 10 minutes :
n --> p + e- + antineutrino
La désintègration du neutron est l'exemple le plus simple de radioactivité bêta (cf. 32 Radioactivité bêta).


Nombre de masse

C'est le nombre total (A) de nucléons (protons et neutrons) (cf. 29 Proton) (cf. 24 Neutron) constitutifs d'un noyau donné. Il figure dans la symbolique utilisée en haut et à gauche du symbole de l'élément. Par exemple : 107 Ag
Le nombre de protons de Ag est Z = 47, celui de neutrons N = 60 ; le nombre de masse est donc A = 107.


Nucléide

Espèce nucléaire donnée, définie par un nombre de neutrons et un nombre de protons.
Noyaux : lorsqu'on parle d'une population de plusieurs noyaux, ils peuvent tous appartenir au même nucléide et avoir ainsi des propriétés identiques ou appartenir à des nucléides différents.

Période

Appelée aussi demi-vie, c'est l'intervalle de temps requis pour que la moitié des noyaux instables d'un échantillon se soient désintégrés selon un processus radioactif donné. Elle est caractéristique d'un nucléide (cf. 26 Nucléide) donné et est indépendante de toute influence extérieure.


Positron

Antiparticule de l'électron ayant une charge électrique positive. Prédite théoriquement par P.A.M Dirac en 1930, elle fut observée pour la première fois par C. Anderson en l932 dans le rayonnement cosmique.
Elle est émise dans les processus de radioactivité bêta+ (cf. 32 Radioactivité bêta) par les noyaux déficitaires en neutrons (cf. 24 Neutron) selon le schéma (ou "p" est un des protons du noyau):
p ---> n + e+ + neutrino
Son annihilation par rencontre avec un électron négatif conduit à la dématérialisation complète de leurs masse en énergie sous forme de deux photons gamma (cf. 13 Gamma, photons gamma) émis à l'opposé l'un de l'autre.


Proton

L'un des deux types de nucléons constituants des noyaux (avec le neutron). (cf. 24 Neutron)
Le proton a une masse de 1,0072765 uma (unité de masse atomique) c'est-à-dire environ 1,672E-27 kg, soit en équivalent énergie 938,2719 MeV (cf. 7 Electronvolt (eV)). Sa charge électrique est positive et égale en valeur absolue à celle de l'électron.
C'est également le noyau de l'atome le plus léger : l'hydrogène.
A l'inverse du neutron, le proton semble stable ou tout au moins doté d'une durée de vie extrêmement longue (même si les théories de "grande unification" des interaction électromagnétique, nucléaire faible et nucléaire forte prévoient la possibilité de sa désintégration) (cf. 14 Interactions (ou forces fondamentales)).

Radioactivité

Le phénomène de radioactivité est le processus utilisé par les noyaux instables pour évoluer vers une plus grande stabilité.
Il existe plusieurs types de radioactivité :
- la radioactivité alpha (cf. 31 Radioactivité alpha),
- la radioactivité bêta (bêta- ou bêta+) (cf. 32 Radioactivité bêta)
mais aussi :
- la capture électronique (cf. 4 Capture électronique),
- la conversion interne (cf. 5 Conversion interne)
et beaucoup plus rarement :
- l'émission de protons,
- l'émission de neutrons
on peut même avoir une émission d'agrégats de nucléons ressemblant à des noyaux plus lourds (carbone, oxygène, néon...).


Radioactivité alpha

Caractéristique des noyaux lourds instables, elle consiste en l'émission d'un assemblage de deux protons et deux neutrons. L'expulsion de cette "particule alpha" (noyau d'hélium) très liée provoque un important gain de stabilité.
Les particules alpha émises dans la transformation affectant un nucléide donné ont toutes pratiquement la même énergie (de 5 à 8 MeV selon le nucléide) (cf. 7 Electronvolt (eV)) et donc le même parcours dans un matériau donné (quelques centimètres dans l'air normal).


Radioactivité bêta

Caractéristique des noyaux isobares (cf. 19 Isobares) éloignés de la ligne de stabilité (cf. 21 Ligne de stabilité) par excès (bêta-) ou déficit (bêta+) du rapport neutrons / protons (cf. 24 Neutron) (cf. 29 Proton), elle consiste en la transformation "au sein du noyau" par l'interaction faible (cf. 16 Interaction nucléaire faible), d'un neutron en un proton (ou l'inverse) avec émission d'un électron (ou d'un positron) (cf. 28 Positron) et d'un antineutrino (ou d'un neutrino) (cf. 23 Neutrino) selon les schémas :
bêta- : n ---> p + e- + antineutrino
bêta+ : p ---> n + e+ + neutrino
L'énergie disponible dans la transformation est de l'ordre du MeV (cf. 7 Electronvolt (eV)), mais le spectre en énergie des électrons émis est continu, preuve que cette énergie est partagée aléatoirement entre l'électron et l'antineutrino (ou le neutrino). C'est cette constatation qui avait conduit Pauli à imaginer l'existence de celui-ci.
Les électrons (ou les positrons) émis ont un parcours de quelques mètres dans l'air.

Spin

Caractéristique de nature essentiellement quantique. Elle peut être assimilée à un moment cinétique. Elle s'exprime en unités h/(2 pi) et peut être entière ou demi-entière.
Les particules de matière, nucléons, électrons, neutrinos... ont des spin demi-entiers, on les nomme fermions.
Les particules qui véhiculent les interactions (particules de champs) comme les photons ont des spins entiers, on les nomme bosons.

Transuraniens (éléments transuraniens)

Dans le tableau périodique des élément (tableau de Mendeleiev), le dernier élément connu à l'état naturel sur terre est avec ses 92 protons (cf. 29 Proton), l'uranium. Les éléments à 93, 94, 95 protons et au delà ont été synthétisés grâce à des réactions de capture neutronique dans les réacteurs nucléaires ou par bombardement d'ions lourds dans les accélérateurs, ces éléments dont les premiers sont le neptunium (Z=93), le plutonium (Z=94) l'américium (Z=95) sont qualifiés de transuraniens. Très instables, ils sont évidemment sujets à la radioactivité alpha (cf. 31 Radioactivité alpha) , mais celle-ci est - pour eux - concurrencée par le phénomène de fission spontanée (cf. 11 Fission).