Stabilité nucléaire

Un noyau contient la majeure partie de la masse d'un atome et est minuscule par rapport à l'atome entier. La densité nucléaire moyenne est neuf mille milliards de fois supérieure a la densité de l'osmium:l'élément le plus dense! La terre serait 30000 fois plus petite si elle avait la densité du noyau.

Pourquoi le noyau a-t-il une densité aussi élevée? Les nucléons sont maintenus ensemble par la forte force nucléaire à courte portée. L'équilibre entre les répulsions proton-proton et l'attraction nucléon nucléon détermine la stabilité du noyau.

Quand les répulsions protons-protons emportent les forces nucléaires attractives, le noyau se désintègre. La représentation des nucléides par le nombre de protons et de neutrons illustre que les noyaux stables et occupent une région centrale, indiquée en bleu, qui s'appelle la ceinture ou vallée de stabilité. Les nucléides plus légers avec des rapports neutron-proton d'un seul, comme le carbone-12, bénéficient d'une grande stabilité.

Lorsque le numéro atomique augmente au-delà de 20, il faut plus de neutrons pour contrebalancer les répulsions proton-proton. Les neutrons sont attirés les uns vers les autres par les forces nucléaires, alors qu'il n'y a pas d'interactions répulsives entre eux. Ainsi, une augmentation du nombre de neutrons renforce considérablement la force nucléaire.

Tous les nucléides stables plus lourds ont des rapports neutron-proton supérieur à un. Les radionucléides ayant un rapports neutrons protons plus élevés subissent généralement une désintégration bêta-moins, qui convertit un neutron en proton. Ainsi, le rapport neutron-proton diminue pour donner un nucléide fille qui est plus proche de la ceinture de stabilité sur le graphe.

Radionucléides avec des rapports neutron proton plus faibles émettent des positrons ou subissent une capture d'électrons pour convertir des protons en neutrons et ainsi se rapprochent de la ceinture de stabilité. Il est intéressant de noter que, tout comme les paires d'électrons résidant dans les orbitales, l'appariement proton-proton et neutron-neutron est observé dans le noyau. Lorsque le nombre de protons et de neutrons est pair, les noyaux sont remarquablement stables, car l'appariement est possible pour tous les nucléons.

Seulement cinq nucléides avec un nombre impair de neutrons et de protons sont stables. Noyaux avec un certain nombre de protons ou de neutrons sont plus stables que prévu, ce qui a valu à ces chiffres le nom de chiffres magiques"Les noyaux ayant un nombre magique de protons et de neutrons sont dits doublement magiques. Tous les noyaux dont le numéro atomique est supérieur à 82 sont radioactifs.

Cependant, le bismuth-209, de numéro atomique 83 a une demi-vie exceptionnellement longue parmi les radionucléides. Pour un radionucléide éloigné de la ceinture de stabilité, sa chaîne de désintégration est la série de processus de désintégration par lequel il atteint finalement un nucléide stable.