⚛️ La vallée de stabilité des noyaux (diagramme N-Z)
Sur cette carte, chaque petite case est un noyau atomique. Les noyaux stables tracent une vallée étroite ; tout autour, des noyaux instables qui finiront tôt ou tard par « dévaler la pente ». Choisis un noyau, devine où il va atterrir, écris son équation… puis suis la longue dégringolade de l'uranium 238 jusqu'au plomb.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Pour les noyaux légers, la vallée de stabilité suit la droite N = Z ; pour les noyaux lourds, elle s'en écarte : il faut de plus en plus de neutrons pour « coller » ensemble des protons qui se repoussent (environ 1,5 neutron par proton pour le plomb).
- Sous la vallée (trop de neutrons), les noyaux sont radioactifs β− : un neutron se transforme en proton, Z augmente de 1. Au-dessus (trop de protons), ils sont radioactifs β+ ou capturent un électron : Z diminue de 1.
- Au-delà du plomb et du bismuth, aucun noyau n'est stable : les noyaux lourds se débarrassent de 2 protons et 2 neutrons à la fois en émettant une particule α (un noyau d'hélium 4).
- La famille de l'uranium 238 enchaîne 8 désintégrations α et 6 désintégrations β− avant d'arriver au plomb 206, stable. Chaque flèche suit les lois de conservation de Soddy.
- Les particules α sont arrêtées par une feuille de papier, les électrons β− par quelques millimètres d'aluminium ; les photons γ traversent presque tout et ne sont qu'atténués par plusieurs centimètres de plomb.
Expériences à faire
- Choisis un noyau situé sous la vallée, puis un noyau situé au-dessus : leur type de radioactivité est-il le même ? Dans quelle direction « tombent »-ils ? (Avec ✏️ Mon noyau, tape toi-même Z et A.)
- Avant de désintégrer le cobalt 60, écris toi-même son équation sur une feuille, puis vérifie avec le mode « Je prédis ».
- Compare les familles de l'uranium 238, de l'uranium 235 et du thorium 232 : sur quel isotope du plomb chacune se termine-t-elle ?
- Pourquoi le radon 222, issu de l'uranium des roches, est-il dangereux à respirer alors que ses particules α ne traversent pas une feuille de papier ? Avec ✏️ Mon écran, cherche l'épaisseur de papier qui suffit à les arrêter.
- Le rapport N / Z du plomb 206 vaut 1,51 : calcule celui de l'uranium 238. Pourquoi les noyaux lourds ont-ils besoin de plus de neutrons ?
La physique derrière l'animation
- Un noyau AZX contient Z protons et N = A − Z neutrons. Les noyaux de même Z sont des isotopes d'un même élément.
- Lois de conservation de Soddy : au cours d'une désintégration, le nombre de masse A et le nombre de charge Z se conservent. Exemples : 23892U → 23490Th + 42He (α) ; 146C → 147N + 0−1e (β−) ; 2211Na → 2210Ne + 01e (β+). Un antineutrino ou un neutrino est aussi émis en β.
- Désintégration α : Z − 2, A − 4. Désintégration β− : Z + 1, A inchangé (un neutron devient un proton). Désintégration β+ ou capture électronique : Z − 1, A inchangé (un proton devient un neutron).
- Le noyau fils est souvent produit dans un état excité : il revient à son état fondamental en émettant un photon γ, très énergétique et très pénétrant.
- Données : noyaux stables réels (le tantale 180 est compté pour son état excité 180mTa, jamais vu se désintégrer), noyaux radioactifs jusqu'à 4 neutrons de part et d'autre de la vallée avec leur mode principal, et membres des familles naturelles. Le diagramme complet compte plus de 3 000 noyaux connus.
D'autres animations
Les spectres des éléments : chaque atome a sa signature
Un tableau périodique cliquable : les raies de plus de 90 éléments, en émission et en absorption, la couleur des flammes, le Soleil et l'élément mystère.
Manipuler →La fission nucléaire et la réaction en chaîne
Pilote un cœur de réacteur : neutrons, fission de l'uranium 235, barres de contrôle et modérateur. Garde la réaction critique !
Manipuler →Les isotopes et la notation du noyau
Lis la carte d'identité d'un noyau (A, Z, X), ajoute des neutrons pour fabriquer ses isotopes, puis pèse des atomes : m ≈ A × m(nucléon).
Manipuler →Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉
ExpoSinus est un site d'éducation : les jeux et les articles sont là pour donner envie, les cours et les exercices pour progresser vraiment.