Carte des Noyaux
Carte des noyaux stables et instables
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[Vallée de stabilité]
Les progrès de la physique nucléaire et les connaissances accumulées durant plusieurs décennies ont permis de répertorier 287 espèces nucléaires (ou nucléides) « naturelles » (stables ou quasi-stables) et plus de 2500 nucléides radioactifs. Certains radioéléments ont des temps de vie si brefs qu'ils ont à peine le temps de s'entourer d'électrons et de former un atome. Les spécialistes ont l'habitude de répertorier tous les nucléides sur une carte en fonction des nombres de leurs constituants, neutrons  et protons. Cette la carte des noyaux fait partie de la Bible des physiciens nucléaires.
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Carte des nucléides en 1940
Carte montrant les nucléides qui étaient connus avant 1940. Ces noyaux stables ou quasi-stables suivent une ligne qui correspond au fond de la vallée de stabilité. Cette ligne se termine avec l'uranium-238 composé de 92 protons et 146 neutrons, le noyau naturel le plus lourd, lui-même radioactif. La zone en grisé correspond aux nucléides connus aujourd'hui et qui sont beaucoup plus nombreux.
 NUCLEUS |
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Comme les cartes géographiques indiquant le relief, la carte peut être enrichie en indiquant le degré de stabilité du noyau. Ce degré de stabilité est mesuré par l'énergie de liaison des nucléons du noyau.
Si l'on prend comme 'altitude' la masse moyenne des nucleons dans le noyau qui est directement relié à cette énergie de liaison, les noyaux stables ou quasi stables se répartissent sur la carte au fond d'une sorte de vallée appellée vallée de stabilité. La vallée va des noyaux légers aux noyaux lourds. Pour les noyaux légers, il y a une égalité ou quasi-égalité entre les nombres de protons et neutrons. Pour des noyaux moyens et lourds, on onserve un excès croissant de neutrons.
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La courbe d'Aston
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Au bout de la vallée, le nucléide stable le plus lourd est le Bismuth-209 avec 83 protons et 126 neutrons. Au-delà, on trouve des noyaux instables, des noyaux trop lourds qui se désintègrent en noyaux plus petits. Mais ces désintégrations peuvent être lentes et sans être stables, des noyaux comme le thorium-232, l'uranium-235 et 238 sont encore présents dans l'écorce terrestre. Le nucléide naturel le plus lourd est l’uranium-238 avec 92 protons et 136 neutrons.
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L'énergie de liaison moyenne par nucléon est un étalon de la stabilité du noyau. Cette quantité est fonction de sa taille et de sa composition. Elle est nulle pour le noyau d'hydrogène réduit à un seul proton. Les noyaux très légers sont peu liés à l'exception remarquable de l'hélium-4 ou particule alpha dont l'énergie de liaison de 7 MeV par nucléon est très supérieure à celle de ses voisins, deutérium, tritium, hélium-3, lithium. Cette particulière stabilité explique l'émission de particules alpha par des noyaux lourds.
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Carte des nucléides (2000)
Les "nucléides" connus aujourd'hui, colorés en fonction de l'année de découverte. Les noyaux instables sont situés de part et d'autre de la ligne de stabilité ainsi que dans son prolongement. Dans ce prolongement (à droite de la carte) on trouve les noyaux « transuraniens » plus lourds que l'uranium (92 protons).
NUCLEUS |
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L'énergie de liaison par nucléon croît d'une manière générale avec la taille du noyau pour atteindre un maximum de 8,8 millions d'électronvolts pour le nickel (Nickel-62) qui est le plus stable des nucléides. Elle diminue ensuite lentement pour atteindre 7,6 millions d'électronvolts (MeV) pour l'uranium.
Sujets voisins : Les forces dans le noyau, Mécanismes de la radioactivité, Synthèse des noyaux
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Voir aussi :
Connaître le noyau
Carte interactive des noyaux NuDat2 (BNL)
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