Toutes les réactions nucléaires doivent respecter la conservation du nombre de charge : la somme des nombres de charge des noyaux et particules présents avant la réaction nucléaire doit être égale à celle des noyaux et particules présents après celle-ci.
Lors de la désintégration d'un noyau de cobalt 60 (de numéro atomique \(\displaystyle{Z = 27}\) ), il se forme un noyau de nickel (\(\displaystyle{\ce{^60_28Ni}}\)) et une particule sans masse. Identifier le nombre de charge de la particule émise.
Rappeler les représentations symboliques des particules fondamentales
On rappelle si possible la nature et les représentations symboliques des particules fondamentales, qui sont émises ou absorbées lors de la réaction nucléaire :
| Particule | alpha \(\displaystyle{\alpha}\) | bêta − \(\displaystyle{\beta^-}\) | bêta + \(\displaystyle{\beta^+}\) | neutron | proton |
|---|---|---|---|---|---|
| Nature | noyau d'hélium | électron | positon | ||
| Représentation symbolique | \(\displaystyle{\ce{^{4}_{2}He}}\) | \(\displaystyle{\ce{^{0}_{-1}e}}\) | \(\displaystyle{\ce{^{0}_{1}e}}\) | \(\displaystyle{\ce{^{1}_{0}n}}\) | \(\displaystyle{\ce{^{1}_{1}p}}\) |
Ici, on ne connaît pas encore la particule émise.
Repérer les représentations symboliques données des noyaux ou des particules
On repère, dans l'énoncé, les noyaux et les particules présents avant et après la réaction nucléaire ainsi que leurs représentations symboliques si elles sont données.
D'après l'énoncé, sont présents :
- Avant la réaction : un noyau de cobalt 60
- Après la réaction : un noyau de nickel \(\displaystyle{\ce{^60_28Ni}}\) et une particule inconnue, sans masse
Déterminer, le cas échéant, les représentations symboliques non données de noyaux ou de particules impliquées
On détermine, le cas échéant, les représentations symboliques d'un ou de plusieurs noyaux impliqués dans la réaction nucléaire à partir des données.
L'énoncé indique que le numéro atomique du cobalt est \(\displaystyle{Z = 27}\). La représentation symbolique du noyau de cobalt 60 est donc : \(\displaystyle{\ce{^{60}_{27}Co}}\).
Écrire la réaction nucléaire
On écrit la réaction nucléaire, en notant X la grandeur inconnue.
Ici, l'inconnue est la particule notée X.
- On sait que son nombre de masse est nul.
- On note x son nombre de charge.
D'où la réaction nucléaire suivante :
\(\displaystyle{\ce{^{60}_{27}Co} \ce{->} \ce{^{60}_{28}Ni} + \ce{^0_{x}X} }\)
Rappeler la loi de conservation du nombre de charge
On rappelle la loi de conservation du nombre de charge que doivent respecter toutes les réactions nucléaires.
Toutes les réactions nucléaires doivent respecter la conservation du nombre de charge : la somme des nombres de charge des noyaux et particules présents avant la réaction nucléaire doit être égale à celle des noyaux et particules présents après celle-ci.
En déduire la grandeur inconnue
On en déduit la grandeur inconnue.
On note x le nombre de charge de la particule émise. Puisque la réaction de désintégration du cobalt 60 respecte la conservation du nombre de charge, on peut écrire l'équation suivante :
\(\displaystyle{27 = 28 + x }\)
Soit :
\(\displaystyle{x = 27 - 28}\)
\(\displaystyle{x = - 1}\)
Le nombre de charge de la particule émise est donc −1.
Identifier, le cas échéant, un noyau ou une particule
La détermination de la grandeur inconnue peut dans certains cas permettre de déterminer la nature d'un noyau ou d'une particule impliqué(e) dans la réaction nucléaire.
On sait que :
- Le nombre de charge de la particule est −1.
- Le nombre de masse de la particule est 0.
On identifie donc cette particule comme étant un électron : \(\displaystyle{\ce{^0_{-1}e}}\).