Énergie de liaison nucléaire

La stabilité nucléaire est mieux quantifiée en termes d'énergie nucléaire contraignante. Considérez l'atome d'hélium-4, qui possède deux protons, deux neutrons et deux électrons. La somme des masses connues de ces particules est supérieure à la masse mesurée d'hélium-4 neutre par 0, 0305 unités de masse atomique.

La différence entre les masses atomiques calculées et mesurées expérimentalement sont appelées le défaut de masse. La grande quantité d'énergie libérée pendant la formation d'hélium-4 est la raison de cette différence. L'équivalence masse-énergie d'Einstein permet d'estimer le changement d'énergie associé à la perte de masse.

En convertissant la masse en kilogrammes et en résolvant l'équation, on obtient les unités SI de base pour les joules. Il est évident qu'une énorme quantité d'énergie accompagne le petit changement de masse. L'énergie libérée lorsque les nucléons se lient entre eux est la même que l'énergie nécessaire pour briser ce noyau en ses constituants, protons et neutrons, et est appelée énergie de liaison nucléaire.

Pour l'hélium, c'est 2, 74 térajoules par mole. En divisant par le nombre d'Avogadro, on obtient 4, 55 picojoules pour l'énergie de liaison nucléaire par noyau d'hélium. On l'exprime aussi souvent en électronvolts.

Pour l'hélium-4, il s'agit de 28, 4 mégaélectronvolts par noyau. Lorsqu'il est divisé par le nombre de nucléons, 4, cela donne l'énergie de liaison nucléaire par nucléon. Le graphe de l'énergie de liaison nucléaire en fonction du nombre de masse illustre les stabilités comparées des nucléides.

Les éléments avec des nombres de masse allant de 40 à 100 ont la plus haute énergie de liaison par nucléon, et le fer 56 a la masse la plus faible par nucléon. Pour atteindre la stabilité, noyaux lourds passent par un processus exothermique par un processus exothermique appelé fission, tandis que les noyaux plus légers se combinent par le processus de fusion.