Au creux de la vallée ...
Dans la famille des noyaux à 127 nucléons, seul le noyau d’iode-127 est stable. Si l’on représente les énergies de masse (mc2) des noyaux de cette famille, la courbe des masses a l'allure d'une vallée. Le nombre de protons augmente de gauche à droite, de 49 (indium) à 57 (lanthane), alors que celui des neutrons diminue de 78 à 70. L’énergie de l’iode-127 étant prise comme 0, les différences d’énergies sont exprimées en millions d’électronvolts. Les noyaux sur le flanc gauche de la vallée, excédentaires en neutrons retrouvent la stabilité par une suite de désintégrations bêta-moins, ceux du flanc droit (excédentaires en protons) par une suite de désintégrations bêta-plus.
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L'élément stable en est le noyau d'iode-127, avec 53 protons et 74 neutrons. Cette répartition correspond à la plus petite masse des noyaux de la famille.
La courbe de masse en fonction du nombre de protons a l'allure d'une parabole. Considérons sur le flanc gauche, l'isotope de l'étain contenant 3 neutrons de plus que l'iode-127 stable et 3 protons de moins soit 50 protons et 77 neutrons.En raison de ces neutrons supplémentaires, cet isotope possède un excédent d'énergie interne par rapport à l'iode-127.
La nature fait appel aux forces dites « faibles » pour transformer des neutrons en protons. La transformation, s'accompagne de la production d'un électron et d'un antineutrino. C'est un processus difficile, relativement lent, mais économique en énergie. Elle ne nécessite que 0,511 MeV (510 000 électronvolts), beaucoup moins que les 7 à 8 millions d'électronvolts (MeV) requis pour l'expulsion d'un neutron, le processus concurent.
L'énergie dégagée par la transformation doit dépasser ce seuil de 0,51 MeV pour se produire, une condition vérifiée dans le cas du fort excès de neutrons de l'étain 127. Ce noyau à 77 neutrons se transforme donc en antimoine (76 neutrons), puis en Tellure (75 neutrons) avant d'aboutir à l'isotope stable à 74 neutrons. Les émissions d'électrons, d'abord très rapides, se ralentissent à mesure que l'on se rapproche de l'équilibre.
En partant de l'autre flanc de la parabole (noyau de baryum 56Ba), on observerait une cascade de transformations de protons en neutrons, avec l'expulsion d'électrons positifs (positons) et de neutrinos. Le scénario est général quel que soit le nombre de nucléons. Si on ajoute comme troisième dimension à la carte des noyaux, l'énergie de masse divisée par le nombre de nucléons, la surface obtenue prend l'aspect d'une profonde vallée appelée " vallée de stabilité ", au fond de laquelle se retrouvent les noyaux les plus stables. Un des flancs de la vallée est peuplé par des noyaux radioactifs émetteurs d'électrons, l'autre par des noyaux émetteurs de positons.
Au-delà de 209 nucléons, l'élément le plus stable devient lui-même instable. Les noyaux deviennent trop lourds. C'est le domaine de la radioactivité alpha.
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