La carte des isotopes
La carte des isotopes, aussi appelée carte des noyaux ou carte des nucléides, est un tableau qui range tous les noyaux atomiques connus selon leur nombre de protons et leur nombre de neutrons. Elle est aux physiciens nucléaires ce que le tableau périodique est aux chimistes : un outil de classement, mais aussi de prévision, qui montre d’un coup d’œil quels noyaux sont stables, lesquels sont radioactifs et comment ils se désintègrent.
Deux nombres pour définir un noyau
La découverte du neutron par James Chadwick, en 1932, a permis de décrire chaque noyau par deux nombres entiers : le nombre de protons, noté Z, qui fixe l’élément chimique, et le nombre de neutrons, noté N. Leur somme A = Z + N est le nombre de masse, c’est-à-dire le nombre total de nucléons. Il ne faut pas le confondre avec la masse atomique, qui est une grandeur mesurée et n’est pas un nombre entier.
Des noyaux qui ont le même Z mais des N différents sont des isotopes d’un même élément : le carbone 12 et le carbone 14, par exemple. Ceux qui ont le même N sont des isotones, et ceux qui ont le même A sont des isobares.
Comment la carte est construite
Dans sa présentation la plus courante, le nombre de neutrons N est porté en abscisse et le nombre de protons Z en ordonnée. Chaque case correspond à un couple (N, Z), donc à un noyau précis. Une ligne horizontale réunit les isotopes d’un même élément, une colonne verticale les isotones. Les cases sont généralement colorées selon la stabilité du noyau ou son mode de désintégration, et portent souvent sa demi-vie.
Cette représentation est parfois appelée diagramme de Segrè, du nom du physicien Emilio Segrè. Plusieurs organismes en publient des éditions régulièrement mises à jour, sur papier ou en ligne.
La vallée de stabilité
Les noyaux stables ne sont pas répartis au hasard. Ils forment une bande étroite, la ligne ou vallée de stabilité, qui part du coin inférieur gauche de la carte et monte vers la droite. Pour les noyaux légers, elle suit à peu près la diagonale N = Z. Pour les noyaux plus lourds, elle s’infléchit du côté des neutrons : un noyau lourd stable compte nettement plus de neutrons que de protons, car ces neutrons supplémentaires compensent la répulsion électrique entre protons.
De part et d’autre de cette vallée se trouvent les noyaux radioactifs :
- du côté riche en neutrons, les noyaux se désintègrent surtout par radioactivité bêta moins, qui transforme un neutron en proton ;
- du côté riche en protons, ils se désintègrent par radioactivité bêta plus ou par capture électronique ;
- dans la région des noyaux très lourds, la radioactivité alpha et la fission spontanée deviennent importantes.
Au-delà de certaines limites, appelées limites de liaison (ou « drip lines »), un noyau ne peut même plus retenir un neutron ou un proton supplémentaire.
Une carte qui s’est remplie au fil du temps
Dans les années 1930, la carte ne comptait guère que les noyaux présents dans la nature : les isotopes stables et les isotopes radioactifs des familles naturelles de l’uranium et du thorium. Les accélérateurs de particules et les réacteurs nucléaires ont ensuite permis de produire des milliers de noyaux artificiels. Aujourd’hui, plus de 3 000 noyaux ont été observés, dont seulement quelque 250 sont stables, et les modèles théoriques en prévoient encore plusieurs milliers.
La carte fait aussi apparaître les « nombres magiques » (2, 8, 20, 28, 50, 82 et 126) : les noyaux dont le nombre de protons ou de neutrons est égal à l’un d’eux sont particulièrement liés. Cette régularité a conduit au modèle en couches du noyau et guide aujourd’hui la recherche d’éléments superlourds.
2 réponses pour "La carte des isotopes"
la carte des isotopes
pourquo Lhomme a la peau blanche a toujour plus davance sur les hommes noire?
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