Vallée de stabilité

Vallée de stabilité
Représentation graphique de la vallée de stabilité des isotopes.

La vallée de stabilité désigne, en physique nucléaire, l'endroit où se situent les isotopes stables, quand on porte en abscisse le nombre de protons et en ordonnée le nombre de neutrons de chaque isotope (les deux axes sont parfois inversés sur certaines représentations).

Sommaire

Représentation graphique

Certains isotopes sont stables, d'autres ne le sont pas et donnent, après une émission radioactive, naissance à un autre élément qui peut être lui-même sous la forme d'un isotope instable ou radioactif. Lorsque nous reportons sur un repère graphique, repère dont l'axe des abscisses représente le nombre de protons (Z) et l'axe des ordonnées le nombre de neutrons (N) de tous les isotopes connus, on constate que tous les isotopes stables sont regroupés autour d'une courbe nommée vallée de stabilité. On peut représenter de même en chaque point l'énergie de liaison par nucléons, le relief ainsi obtenu dessine alors une péninsule (les zones stables où l'énergie de liaison est positive), prolongée par des îlots.

La vallée de stabilité est sensiblement située sur cette première bissectrice pour les noyaux Z ≤ 30. Au delà, elle est globalement située au-dessus de la droite Z = N, il y a plus de neutrons que de protons, et l'on a sensiblement N ≈ 1.8 (Z-10). La vallée de stabilité proprement dite se termine au bismuth, au-delà duquel on ne trouve aucun nucléide stable[1].

Elle est prolongée par une zone de semi-stabilité, centré sur les actinides, où l'on trouve notamment le thorium 232, l'uranium 235 et 238, et le plutonium 244[2]. Au-delà, un autre îlot de stabilité est conjecturé, mais les isotopes correspondants n'ont pas été synthétisés.

Radioactivité des isotopes

Carte des nucléides. Attention, la représentation est inversée par rapport à la précédente : en bleu, radioactivité béta plus, en rose, radioactivité béta moins, en jaune, radioactivité alpha.

Toutes les radioactivités corpusculaires tendent à faire revenir vers cette vallée les éléments qui les émettent, vallée qui correspond au minimum des énergies d'assemblage nucléaire. En règle générale, un isotope sera d'autant plus instable, donc d'autant plus radioactif, qu'il sera éloigné de cette vallée de stabilité.

  • Les noyaux lourds (uranium et au-delà, pour lesquels N et Z sont grands donc A est grand) se désintègrent généralement suivant une radioactivité α, qui leur fait perdre deux neutrons et deux protons, et les rapproche de l'origine.
  • Les noyaux qui présentent un excès de neutrons par rapport aux noyaux stables de même nombre de masse A sont situés au-dessus de la courbe. Ils sont l'objet d'une radioactivité β- : un neutron est converti en proton, expulsant du noyau un électron (et un anti-neutrino). Le nombre total de nucléons reste inchangé, mais Z augmente d'une unité et N diminue d'une unité. Le point représentatif du nucléide se déplace d'une case en diagonale vers la vallée.
  • Les noyaux qui présentent un excès de protons par rapport aux noyaux stables de même nombre de masse A sont situés au-dessous de la courbe. Ils sont généralement l'objet d'une radioactivité β+ : un proton est converti en neutron, émettant un positron (et un neutrino). Le nombre total de nucléons reste inchangé, mais Z diminue et N augmente. Le point représentatif du nucléide se déplace d'une case en diagonale (vers le haut et la gauche).

Pour des déséquilibres plus importants, d'autres formes de radioactivité peuvent apparaître : les atomes fortement déficitaires en neutrons peuvent expulser un proton, et inversement, les atomes fortement déficitaires en protons peuvent émettre un neutron.

Références

Notes et références

  1. ↑ On a découvert en 2003 que le bismuth lui-même est très faiblement radioactif, avec une radioactivité alpha de 1,9×1019 ans. Le dernier élément complètement stable est donc le plomb.
  2. ↑ Tout en étant radioactifs, le thorium et l'uranium sont suffisamment stables pour se rencontrer dans la nature en quantité très significative.

Voir aussi

Liens et documents externes


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