NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) Noyau atomique
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Mécanismes de réaction
Les schémas d'interprétation des résultats spectroscopiques concernant les états liés, individuels et collectifs, du système nucléaire se retrouvent transposés, pour les états de diffusion, dans les modèles d'analyse des réactions induites par des particules ou des ions lourds lors de leur collision avec les noyaux.
Le noyau composé
Résonances à basse énergie
Encyclopædia Universalis France
Historiquement, le premier modèle de collision, dû à Niels Bohr, fut développé pour rendre compte des résultats obtenus avec des neutrons de basse énergie (fig. 17). On y observe des résonances étroites, c'est-à-dire des variations brutales, en fonction de l'énergie des neutrons incidents, de leur probabilité d'interaction avec le noyau cible, ici le thorium 232. Chacune de ces résonances est le signe de l'existence d'un état métastable du « noyau composé » 233Th, formé lorsque le neutron est capturé par le noyau 232Th. Quand cet état se désexcite en émettant un neutron, on aboutit à une diffusion élastique, mais on obtient une réaction, dite de capture radiative, lorsqu'il le fait en émettant un photon, réaction notée 232Th(n, γ)233Th. Parfois, sa désexcitation procède par une fission.
Le temps de vie des états métastables produits de cette façon est donné, comme pour tout état excité, par τ = h/Γ, où Γ est sa largeur naturelle. Par exemple, les largeurs de l'ordre de quelques électronvolts observées avec des neutrons d'environ 100 eV fig. 17) correspondent à τ ≃ 10—15 s. Cette durée est grandement supérieure à celle que mettrait le neutron pour traverser le noyau cible, soit :
Lorsque l'énergie des particules incidentes croît, les états formés deviennent de plus en plus serrés et leur largeur augmente de sorte que la fonction d'excitation se stabilise et devient lisse. Le mécanisme reste pourtant majoritaire, qu'il soit induit par des neutrons, des protons, des particules α... ou même par des ions lourds. Dans ce dernier cas, on le nomme « fusion » mais le noyau produit a toutes les caractéristiques d'un noyau composé, même si son énergie d'excitation et son spin sont élevés. Lorsqu'il en est ainsi, sa désexcitation débute par l'émission de quelques particules, appelée évaporation, et s'achève par une cascade de photons. Dans le référentiel du centre de masse, la distribution angulaire des particules « évaporées » est, comme le modèle l'attend, d'abord isotrope à basse énergie puis symétrique par rapport à π/2, avec une anisotropie d'autant plus forte en creux que le spin est élevé pour atteindre finalement l'allure de la fonction 1/sinΘ.
L'interaction directe
Résultat de réaction
Encyclopædia Universalis France
Si les réactions induites selon le modèle du noyau composé sont bien souvent majoritaires, d'autres peuvent survenir par l'intermédiaire du mécanisme dit de l'interaction directe, tributaire du modèle en couches. L'exemple typique est celui des réactions (p, 2p) effectuées à une énergie suffisante pour que la longueur d'onde réduite, ʎ= h/p, du proton incident soit inférieure ou comparable à l'espacement moyen des nucléons de la cible. Une énergie[...]
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Écrit par
- Luc VALENTIN : professeur à l'Institut de physique nucléaire, université de Paris-VII
Classification
Médias
Énergie nucléaire
Planeta Actimedia S.A.© Encyclopædia Universalis France pour la version française.
Spectroscopie au voisinage du plomb 208
Encyclopædia Universalis France
Densité de charge
Encyclopædia Universalis France
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