Physique Question #403
peel (Genre: femelle, Àge: 17 années) de l'Internet sur 24 novembre 2001 demande:
Que se produirait si le noyau d'un atome contenait un trop grand nombre ou trop peu de neutrons, ou même aucun ? Pouvez-vous svp énumérer quelques faits sur le noyau d'un atome aussi bien ?
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La réponse
Les neutrons jouent un rôle important en gardant le noyau d'un atome ensemble. Sans neutrons, les protons ne colleraient ensemble jamais parce que la répulsion mutuelle de leurs charges électrostatiques positives est trop grande. La seule manière de combattre cette force répulsive est d'employer une force attrayante. La pesanteur est une force attrayante mais elle est trop faible à ces basses masses ; cependant « une force nucléaire forte » existe entre les nucléons (des neutrons et des protons) qui peuvent surmonter la répulsion électrostatique à à courte portée. Par conséquent, pour faire les noyaux stables, la nature arrose dans une dose saine de neutrons parmi les protons. Le nombre de neutrons a eu besoin pour la stabilité dépend de la façon dont grand le noyau est. Pour de petits noyaux le rapport des neutrons aux protons est, peut-être comme prévu, autour 50-50. Pendant que plus de protons sont ajoutés, cependant, vous avez besoin d'un nombre encore plus grand de neutrons, jusqu'à ce que vous obteniez à un atome comme l'uranium (le plus grand atome naturel) qui a 60% neutrons supplémentaires que des protons. La raison de cette disparité est que « la force nucléaire forte » chute au loin plus vite avec la distance comparée à la répulsion électrostatique -- ainsi protons d'un côté de grands neutrons d'un besoin de noyau de plus en plus autour de eux s'ils vont coller ensemble. Maintenant, car votre question suggère, il est possible d'avoir « un trop grand nombre » ou « trop peu de » neutrons aussi bien. La nature vous laisse partir avec ceci, mais seulement temporairement. L'atome résultant est instable et équilibrera par la suite ses livres en convertissant le proton supplémentaire à un neutron, ou vice-versa. Quand un atome fait ceci il assume un état inférieur d'énergie et dégage un peu d'énergie excessive en même temps. Nous appelons un tel atome un atome « radioactif ». L'énergie qu'il dégage est « rayonnement », et la probabilité d'un atome faisant cette transition à n'importe quel moment particulier est liée à sa « demi vie ». Pour comprendre ceci, penser à un seau d'atomes radioactifs identiques. La « demi vie » est le temps où elle prend pour la moitié de eux pour faire la transition (également appelée « l'affaiblissement radioactif ») à un état inférieur d'énergie ; ou, mis l'une autre manière, n'importe quel atome radioactif a une chance de 50/50 de se délabrer à un état inférieur d'énergie au cours d'une période égale à sa « demi vie ».
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