1934 : la radioactivité artificielle
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Les seuls noyaux instables subsistants dans l’environnement naturel possèdent une durée de vie très longue, de l'ordre de milliards d'années comme l’uranium et le thorium, ou bien ils sont constamment régénérés. Parmi ces derniers, on trouve les noyaux radioactifs issus de la descendance des noyaux d'uranium ou de thorium, et ceux renouvelés (comme le carbone-14) sous l'effet du rayonnement cosmique.
Depuis la découverte de la radioactivité artificielle en 1934, de très nombreux noyaux radioactifs qui avaient disparu ont pu être recrées.
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La stabilité ou l'instabilité d'un noyau résulte de la compétition entre les forces attractives et répulsives présentes en son sein. Un noyau est un assemblage particulièrement complexe de nombreux constituants dont le nombre atteint 238 pour l'élément naturel le plus lourd, l'uranium. Avec autant de participants, la description des phénomènes à l'intérieur du noyau, et notamment des forces, n'est pas simple. Les physiciens disposent néanmoins de modèles empiriques satisfaisants. Par exemple, le noyau peut être assimilé, à certains points de vue, à une goutte liquide incompressible (*) .
A première vue, les noyaux ne devraient pas exister car ils contiennent en leur sein des particules électriquement chargées, les protons , et que des particules de même charge se repoussent. Les noyaux doivent leur stabilité à la force attractive nucléaire très intense capable de l'emporter sur la répulsion électrique. Pour être attractive, cette force requiert que les nombres de protons et de neutrons soient voisins.
Une troisième force ajuste les proportions de ces deux espèces de nucléons pour rendre maximale l'énergie de liaison des nucléons. Soumis à ces trois forces, les noyaux produits à l'origine de l'univers et dans les étoiles, ont évolué vers la stabilité. Sur une carte représentant tous les noyaux possibles, les éléments naturels se répartissent le long d'une ligne, dite ligne de stabilité, allant de l'hydrogène à l'uranium.
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