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Auteur(s)
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Henri SERGOLLE : Professeur à l’Université Paris-Sud
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Cet article doit permettre au lecteur de comprendre la stabilité du noyau, cet édifice très petit et extraordinairement dense situé au cœur de l’atome. C’est une étape nécessaire à la compréhension de notre Univers, depuis la physique des constituants élémentaires jusqu’à la cosmologie. La compréhension des propriétés du noyau fournit aussi les bases nécessaires pour aborder les techniques nuclé-aires (énergie nucléaire, applications à la médecine et à la biologie, imagerie, implantation…), non traitées ici.
Quelques exemples de recherches actuelles sur des noyaux très exotiques et sur la matière nucléaire dans des conditions extrêmes de moment cinétique (spin) ou de température illustrent les concepts de physique nucléaire et les apports pos-sibles à d’autres domaines, telles la physique des pfarticules et l’astrophysique.
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Constituants du noyau. Sa stabilité
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3. La matière nucléaire chaude
Les accélérateurs d’ions lourds ont connu ces trente dernières années un essor qui permet aujourd’hui d’accélérer pratiquement tous les éléments du tableau de Mendeleïev, dans une large gamme d’énergie allant de quelques MeV/nucléon jusqu’à quelques centaines de GeV/nucléon. Ils offrent ainsi la possibilité d’explorer les collisions entre ces gouttelettes de matière nucléaire. Ces réactions sont largement exploitées pour produire et étudier des noyaux aux limites de stabilité. Ces limites peuvent être atteintes en faisant varier différents paramètres :
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en synthétisant des noyaux (froids) très éloignés de la région des isotopes stables, l’étude des noyaux exotiques veut cerner la plage du rapport N/Z dans laquelle les noyaux sont liés ;
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en faisant tourner les noyaux à très grande vitesse, l’étude des états de haut spin précise la limite de moment angulaire au-delà de laquelle le noyau fissionne.
Ces aspects ont été discutés dans les paragraphes précédents.
Une troisième voie réside dans la possibilité de fournir, à un ensemble de nucléons, une importante énergie d’excitation sous forme de chaleur, et d’explorer ainsi la matière nucléaire sous cette contrainte.
3.1 Équation d’état de la matière nucléaire
Par analogie avec un fluide classique, on peut représenter la matière nucléaire à partir de grandeurs thermodynamiques macroscopiques comme sa pression ou sa densité, sa température, sa compressibilité…, même si les valeurs qui les caractérisent se situent bien au-delà des ordres de grandeurs qui nous sont familiers. On sait représenter, dans un diagramme à deux dimensions (par exemple la température et la pression), les divers états ou phases dans lesquels on peut trouver l’eau. À chaque phase correspond une région donnée du diagramme.
Il est possible d’établir un tel diagramme pour la matière nucléaire. La figure 13 en montre une représentation simplifiée issue de modèles théoriques :
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la densité est portée en abscisse, avec pour unité la densité rencontrée au cœur des noyaux froids (on a vu que tous ont la même...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Noyaux atomiques et radioactivité. - Pour la Science, M 1 930 - octobre 1996.
-
(2) - VALENTIN (L.) - Le monde subatomique. - Hermann - 1995.
-
(3) - POVH (B.), RITH (K.), SCHOLZ (C.), ZETSCHE (F.) - Particles and Nuclei : an introduction to the physical concepts - Springer Verlag - 1995.
-
(4) - TUBIANA (M.), DAUTRAY (R.) - La radioactivité et ses applications. - Collection Que sais-je - 1996.
-
(5) - WEISSKOPF (V. F.) - The development of field theory in the last 50 years. - Physics Today - novembre 1981.
-
(6) - HEYDE (K. L. G.) - The nuclear shell model. - Springer Verlag - 1990.
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