Photodésintégration - Photodisintegration

La photodésintégration (également appelée phototransmutation ou réaction photonucléaire ) est un processus nucléaire dans lequel un noyau atomique absorbe un rayon gamma de haute énergie , entre dans un état excité et se désintègre immédiatement en émettant une particule subatomique. Le rayon gamma entrant frappe efficacement un ou plusieurs neutrons , protons ou une particule alpha hors du noyau. Les réactions sont appelées (γ,n), (γ,p) et (γ,α).

La photodésintégration est endothermique (absorption d'énergie) pour les noyaux atomiques plus légers que le fer et parfois exothermique (libération d'énergie) pour les noyaux atomiques plus lourds que le fer . La photodésintégration est responsable de la nucléosynthèse d'au moins certains éléments lourds riches en protons via le processus p dans les supernovae . Cela provoque la fusion du fer dans les éléments les plus lourds.

Photodésintégration du deutérium

Un photon transportant 2,22 MeV ou plus d'énergie peut photodésintégrer un atome de deutérium :

2
1

 

??
 
→  1
1
H
 

m

James Chadwick et Maurice Goldhaber ont utilisé cette réaction pour mesurer la différence de masse proton-neutron. Cette expérience prouve qu'un neutron n'est pas un état lié d'un proton et d'un électron, comme l'avait proposé Ernest Rutherford .

Photodésintégration du béryllium

Un photon transportant 1,67 MeV ou plus d'énergie peut photodésintégrer un atome de béryllium-9 (100 % de béryllium naturel, son seul isotope stable) :

9
4
Être
 

??
 
→  2  4
2
Il
 

m

L'antimoine-124 est assemblé au béryllium pour fabriquer des sources de neutrons de laboratoire et des sources de neutrons de démarrage . L'antimoine-124 (demi-vie 60,20 jours) émet des rayons gamma β− et 1,690MeV (également 0,602MeV et 9 émissions plus faibles de 0,645 à 2,090 MeV), produisant du tellure-124 stable. Les rayons gamma de l'antimoine-124 divisent le béryllium-9 en deux particules alpha et un neutron avec une énergie cinétique moyenne de 24 keV, des neutrons intermédiaires . Les autres produits sont deux particules alpha .

124
51
Sb
 
→  124
52
Te

??
 

??

D'autres isotopes ont des seuils plus élevés pour la production de photoneutrons, jusqu'à 18,72 MeV, pour le carbone-12 .

Hypernovae

Dans les explosions de très grosses étoiles (250 masses solaires ou plus ), la photodésintégration est un facteur majeur de l' événement de supernova . Lorsque l'étoile atteint la fin de sa vie, elle atteint des températures et des pressions où les effets d'absorption d'énergie de la photodésintégration réduisent temporairement la pression et la température à l'intérieur du noyau de l'étoile. Cela provoque le début de l'effondrement du noyau car l'énergie est emportée par la photodésintégration, et l'effondrement du noyau conduit à la formation d'un trou noir . Une partie de la masse s'échappe sous forme de jets relativistes , qui auraient pu « pulvériser » les premiers métaux dans l'univers.

Photodésintégration dans la foudre

Les éclairs terrestres produisent des électrons à grande vitesse qui créent des rafales de rayons gamma sous forme de bremsstrahlung . L'énergie de ces rayons est parfois suffisante pour déclencher des réactions photonucléaires entraînant l'émission de neutrons. Une telle réaction,14
7
N
(γ,n)13
7
N
, est le seul processus naturel autre que ceux induits par les rayons cosmiques dans lesquels13
7
N
est produit sur Terre. Les isotopes instables restants de la réaction peuvent émettre ensuite positrons par β + désintégration .

Photofission

La photofission est un processus similaire mais distinct, dans lequel un noyau, après avoir absorbé un rayon gamma, subit une fission nucléaire (se divise en deux fragments de masse presque égale).

Voir également

Les références