Énergie d’un noyau

Physique - Thème : Physique Nucléaire / Atomique

Énergie d’un noyau

Introduction

Dans le cadre de la physique nucléaire, l’énergie d’un noyau correspond à la quantité d’énergie liée à sa masse. Elle résulte principalement de la cohésion entre protons et neutrons.

Concept d’énergie de masse

L’énergie d’un noyau s’obtient grâce à la relation d’Einstein : E = mc². Ici, m est la masse du noyau (ou de ses composants) et c la vitesse de la lumière dans le vide.

Masses et masse résiduelle

La masse d’un noyau (M_noyau) est légèrement inférieure à la somme des masses de ses nucléons (protons et neutrons). La différence est appelée énergie de liaison.

Énergie de liaison	Définition
Énergie de cohésion	Énergie libérée lors de la formation du noyau ou nécessaire pour le séparer en nucléons libres

Calcul de l’énergie d’un noyau

Pour calculer l’énergie de liaison E_lien d’un noyau, on utilise la différence entre la masse des nucléons séparés et la masse du noyau :

E_{lien} = (	ext{Masse des nucléons}) - 	ext{Masse du noyau} 	imes c^2

En pratique, on connaît les masses en unités de masse atomique u, et on utilise la conversion : 1 u ≈ 931,5 MeV/c².

Exemple

Pour un noyau d’hydrogène-1 :

Proton : 1,0073 u
Masse du noyau : 1,0073 u
Énergie de liaison : nulle (car c’est le noyau le plus léger)

Pour un noyau d’hélium-4 :

Protons : 2 × 1,0073 u
Neutrons : 2 × 1,0087 u
Masse totale des nucléons : 2×1,0073 + 2×1,0087 = 4,0319 u
Masse du noyau : 4,0015 u
Énergie de liaison = (4,0319 u - 4,0015 u) × 931,5 MeV/u ≈ 28,3 MeV

Conclusion

L’énergie d’un noyau, liée à sa masse, explique sa stabilité et son potentiel de réaction nucléaire. La différence de masse (et donc d’énergie) lors des réactions nucleaires permet la libération ou l’absorption d’énergie.