Réaction nucléaire - Définition

Introduction

Une réaction nucléaire est une transformation d'un ou plusieurs noyaux atomiques, elle se distingue d'une réaction chimique qui concerne les électrons ou les liaisons entre les atomes. Dans une réaction nucléaire, deux noyaux atomiques entrent en collision et produisent des produits différents des particules originelles. En principe, plus de deux particules pourraient entrer en collision, mais cela est beaucoup moins probable.
Dans le cas de la radioactivité, la transformation est spontanée, mais dans le cas d'une réaction nucléaire, elle est produite par une particule mouvante. Si les particules se séparent après la collision sans être transformées, le processus n'est pas une réaction, mais une collision élastique.

Dans l'exemple de réaction montré à droite, ⁶Li et deutérium réagissent en formant un noyau atomique intermédiaire, très excité, de ⁸Be qui se désintégre très vite en produisant deux particules alpha. Ici, les protons sont représentés par des sphères rouges, et les neutrons, par des sphères bleues.

Représentation

Une réaction nucléaire peut être représentée par une équation semblable à celle représentant une réaction chimique. Des désintégrations nucléaires peuvent être représentées d'une manière semblable, mais avec seulement un noyau à gauche.

Chaque particule est écrite avec son symbole chimique, avec son numéro atomique à gauche en bas, et son nombre de masse en haut. Pour le neutron, le symbole est n. Le proton peut être écrit "H" (noyau d'hydrogène) ou "p".

Pour vérifier l'équation, on doit contrôler que les sommes des nombres atomiques soient égales à gauche et à droite (à cause de la loi de conservation de la charge électrique), et que les sommes des nombres de masse soient aussi égales à gauche et à droite (à cause de la loi de conservation du nombre baryonique).
Par exemple :

₃⁶Li + ₁²H → ₂⁴He + ₂⁴He

Évidemment, l'équation est correcte.
Elle pourrait aussi être écrite :

₃⁶Li + ₁²H → 2 ₂⁴He

Représentation simplifiée

Si quelques particules paraissent très souvent, on utilise des abréviations. Par exemple, le noyau ⁴He (qui s'appelle aussi particule alpha, dans un type de radioactivité) est abrégé avec la lettre grecque "α". Les deutérions (hydrogène lourd, ²H) sont dénotés simplement "D". Aussi, comme les nombres atomiques sont donnés implicitement par les symboles chimiques, ils peuvent être supprimés quand l'équation a été vérifiée. Finalement, dans beaucoup de réactions, un noyau relativement lourd est frappé par une particule légère d'un petit groupe de particules communes, émettant une autre particule commune, et produisant un autre noyau. Pour ces réactions, la notation peut être beaucoup simplifiée de la manière suivante :

(particule d'entrée, particule de sortie)

Par conséquent, on pourrait périphraser l'exemple précédent en introduisant des symboles :

₃⁶Li + D → α + α

puis, supprimant les nombres atomiques :

⁶Li + D → α + α

et finalement, utilisant la forme condensée :

⁶Li(D,α)α

Comparaison entre neutrons et ions

Dans la collision initiale, les particules doivent s'approcher si près pour que la force nucléaire forte (d'un rayon d'action très réduit) puisse entrer en jeu. Comme les particules nucléaires ont normalement des charges positives, ils doivent surmonter une répulsion électrostatique considérable. Même si le nucléide cible fait partie d'un atome neutre, l'autre particule doit s'approcher du noyau de charge positive. Par conséquent, il faut d'abord accélérer les projectiles à haute énergie, par exemple, par:

• accélérateur de particules
• une température très grande, quelques millions de degrés, produisant des réactions thermonucléaires, comme au centre du soleil (voir plus bas)
• rayons cosmiques

Les neutrons, d'autre part, n'ont pas de charge électrique, et ils peuvent effectuer une réaction nucléaire à des énergies très petites. Fréquemment, la section efficace croît même si l'énergie décroît.