Nucléosynthèse des éléments
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Nucléosynthèse des éléments IA VIII 1.00 1 H 1 IIA IIIB IVB VB VIB VIIB 4.00 He 0 6.94 3 Li 1 9.01 4 Be 2 10.8 5 B 6 12.0 6 C –4 –2 0 4 14.0 7 N –3 0 3 5 16.0 8 O –2 0 19.0 9 F –1 20.2 Ne 0 23.0 11 Na 1 24.3 12 Mg 2 IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA IB IIB 27.0 13 Al 3 28.1 14 Si 4 30.1 15 P –3 5 32.1 16 S –2 0 4 6 35.5 17 Cl –1 40.0 Ar 0 39.1 19 K 1 40.1 20 Ca 2 45.0 21 Sc 3 47.9 22 Ti 4 50.9 23 V 5 52.0 24 Cr 3 54.9 25 Mn 4 3 2 55.8 26 Fe 2 3 58.9 27 Co 2 3 58.7 28 Ni 2 63.5 29 Cu 1 2 65.4 30 Zn 2 69.7 31 Ga 3 72.6 32 Ge 4 74.9 33 As 3,5 79.0 34 Se –2 0 4 6 79.9 35 Br –1 83.8 Kr 0 85.5 37 Rb 1 87.6 38 Sr 2 88.9 39 Y 3 91.2 40 Zr 4 92.9 41 Nb 3 5 95.9 42 Mo 4 6 98 43 Tc 7 101 44 Ru 3 4 103 45 Rh 2 3 4 106 46 Pd 2 4 108 47 Ag 1 112 48 Cd 2 115 49 In 3 119 50 Sn 4,2 122 51 Sb 3,5 128 52 Te –2 0 4 6 127 53 I –1 131 Xe 0 133 55 Cs 1 137 56 Ba 2 139 57 La 3 178 72 Hf 4 181 73 Ta 5 184 74 W 4 6 186 75 Re 7 190 76 Os 3 4 192 77 Ir 2 4 6 195 78 Pt 2 4 197 79 Au 1 3 200 80 Hg 2 204 81 Ti 1 3 207 82 Pb 2 209 83 Bi 3 5 209 84 Po 2 4 210 85 At –1 222 Rn 0 223 87 Fr 1 226 88 Ra 2 227 89 Ac 3 140 58 Ce 3 141 59 Pr 3 141 59 Nd 3 145 61 Pm 3 150 62 Sm 3 152 63 Eu 3 157 64 Gd 3 159 65 Tb 3 163 66 Dy 3 165 67 Ho 3 167 68 Er 3 169 69 Tm 3 173 70 Yb 3 175 71 Lu 3 232 90 Th 4 231 91 Pa 5 238 92 U 4 6 237 93 Np 4 5 244 94 Pu 4 243 95 Am 3 247 96 Cm 3 247 97 Bk 251 98 Cf 3 252 99 Es 257 100 Fm 258 101 Md 259 102 No 260 103 Lr
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Nucléosynthèse des éléments. L’abondance cosmique des éléments. Mass number. Chart. Tableau des nucléides. Physique nucléaire. Z = nombre atomique = no. protons dans le noyau N = nombre de neutrons = no. neutrons dans le noyau A = nombre de masse atomique = N + Z - PowerPoint PPT Presentation
Transcript of Nucléosynthèse des éléments
Nucléosynthèse des élémentsIA VIIIB
1.00 1 H 1
IIA IIIB IVB VB VIB VIIB 4.00 2 He 0
6.94 3 Li 1
9.01 4 Be 2
10.8 5
B 6
12.0 6 C
–4 –2 0 4
14.0 7 N
–3 0 3 5
16.0 8 O
–2 0
19.0 9 F –1
20.2 10 Ne 0
23.0 11 Na 1
24.3 12 Mg
2
IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA IB IIB 27.0 13 Al 3
28.1 14 Si 4
30.1 15 P
–3 5
32.1 16 S
–2 0 4 6
35.5 17 Cl –1
40.0 18 Ar 0
39.1 19 K 1
40.1 20 Ca 2
45.0 21 Sc 3
47.9 22 Ti 4
50.9 23 V 5
52.0 24 Cr 3
54.9 25 Mn 4 3 2
55.8 26 Fe 2 3
58.9 27 Co 2 3
58.7 28 Ni 2
63.5 29 Cu 1 2
65.4 30 Zn 2
69.7 31 Ga
3
72.6 32 Ge
4
74.9 33 As 3,5
79.0 34 Se
–2 0 4 6
79.9 35 Br –1
83.8 36 Kr 0
85.5 37 Rb 1
87.6 38 Sr 2
88.9 39 Y 3
91.2 40 Zr 4
92.9 41 Nb 3 5
95.9 42 Mo 4 6
98 43 Tc 7
101 44 Ru 3 4
103 45 Rh 2 3 4
106 46 Pd 2 4
108 47 Ag
1
112 48 Cd
2
115 49 In 3
119 50 Sn 4,2
122 51 Sb 3,5
128 52 Te
–2 0 4 6
127 53 I
–1
131 54 Xe 0
133 55 Cs 1
137 56 Ba 2
139 57 La 3
178 72 Hf 4
181 73 Ta 5
184 74 W 4 6
186 75 Re 7
190 76 Os 3 4
192 77 Ir
2 4 6
195 78 Pt 2 4
197 79 Au 1 3
200 80 Hg
2
204 81 Ti 1 3
207 82 Pb
2
209 83 Bi 3 5
209 84 Po 2 4
210 85 At –1
222 86 Rn
0 223 87
Fr 1
226 88 Ra 2
227 89 Ac 3
140 58
Ce 3
141 59 Pr 3
141 59 Nd 3
145 61 Pm
3
150 62 Sm
3
152 63 Eu
3
157 64 Gd 3
159 65 Tb 3
163 66 Dy
3
165 67 Ho
3
167 68 Er 3
169 69 Tm 3
173 70 Yb 3
175 71 Lu 3
232 90 Th 4
231 91 Pa 5
238 92 U 4 6
237 93 Np 4 5
244 94 Pu
4
243 95 Am
3
247 96 Cm
3
247 97 Bk
3 4
251 98 Cf 3
252 99 Es
257 100 Fm
258 101 Md
259 102 No
260 103 Lr
L’abondance cosmique des éléments
Mass number
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
log
abon
danc
e(a
tom
es /
106 S
i)
H
He
Li
Be
B
Fe
Ca
Sc
CO
UTh
PbPt
Ni
Tc Pm
NNeSi
S
Chart
Tableau des nucléides
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50
Neutrons (N)
Atom
ic N
umbe
r (Z)
m
Very unstable nuclides (T½ < 1 day)
Unstable nuclides (T½ > 1 day)
Stable nuclides
Isotopes
IsotonesIsobars
Z = N
Physique nucléaireZ = nombre atomique = no. protons dans le noyauN = nombre de neutrons = no. neutrons dans le noyauA = nombre de masse atomique = N + Zp = proton = 1.007593 u (dalton) = 1.6726234 E–27 kgn = neutron = 1.008982 u = 1.6749287 E–27 kge– = électron = 0.000548756 daltons = 9.10093897 E–31 kg u = 1 Unité de Masse Atomique = 1/12 de la masse du 12C = radiation gamma = photon d’haute énergie (radiation électromagnétique)v = neutrino = particule sans (pratiquement) masse– = négative particule bêta (électron extra-nuclear)+ = positive particule bêta (positron)= alpha particule = 4He nucleus (2p2n)
136C7 = 13C
AZElN
Nucléosynthèse
• Big Bang – ca 12 000 Ma• Supernova – ca 5 000 Ma• Condensation de matière et synthèse de
éléments . . .
Dans des secondes après leBig Bang
Condensation de matière en noyau: p (1H), e– et nEt formation du carburant des étoiles de première
génération . . . H et HeT 3 x 109 K
1H + e– n + v1H + n 2H + 2H + 1H 3He + 3He + n 4He +
0E+00
3E+10
1 2 3
Nombre de masse
Abo
ndan
ce(a
tom
es /
106
Si)
H
He
Etoiles de 1ère Génération - Réaction H – Het production de 4He
1H + 1H 2H + + + v(neutrino) 0.422 MeV2H + 1H 3He + (photon) 5.493 MeV3He + 3He 4He + 1H + 1H 12.859 MeV
Combustion de 3He :avec Li, B et Be (éléments instables)
3He + 4He 7Be 7Be 7Li + – + v
7Li + 1H 2 4He 7Be + 1H 8B + 8B 8Be + + + v8Be 2 4He
12C + 4 1H 12C + 3 + 2 + + 2 v
12C + 1H 13N + 13N 13C + + + v13C + 1H 14N + 14N + 1H 15O + 15O 15N + + + v15N + 1H 12C + 4He
Etoiles de 2ème Génération (Soleil aujourd’hui)Fusion par réaction CNO
Diagramme Hertzprung-Russel
Hydrogen burning
Helium burning
Fin de fusion d’H et debut de fusion d’He – essentielle pour nucléosynthèse
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
3.53.553.63.653.73.753.83.853.93.95
log T
log
L
Star of 1.7 solar masses
Noyau d’hélium (pas assezchaud pour fusion)
Dans la séquence principale 10x Sun
Noyau se diminue par gravitéjusqu’au fusion de heliumextérieur commence
Étoile s’agrandi et se refroidi,devenant une géante rouge (1000x soleil)
1.61 Gyr
1.65 Gyr
1.69 Gyr
1.76 Gyr
Fusion He – He – He dans les géantes rouges.Durété d’environ 106 à 107 ans
4He + 4He 8Be
8Be + 4He 12C +
consommation du carburant – Heproduction de C
chart
Combustion de 12C et dans les géantes rougespendant <1000 ans
12C + 4He 16O
12C + 12C 20Ne + 4He +
chart
Suit par la combustion de 16O ( < 1 an ), une réaction qui produit un noyau de Si
16O + 16O 28Si + 4He +
12C + 16O 24Mg + 4He +
chart
A la fin de la vie des géantes rouges, même le silicium est brulé:
processus “e” qui dure 1 jour28Si + 4He 32S + 32S + 4He 36Ar + 36Ar + 4He 40Ca + 40Ca + 4He 44Ti + 44Ca + 2
44Ti + 4He 48Cr + 48Ti + 2
48Cr + 4He 52Fe 52Cr + 2
52Fe + 4He 56Ni + 56Fe + 2 56Ni / 56Fe + 4He impossible . . .
fin de synthese par fusion
chart
Fusion est limitée à 56Fe par l’énergie de liason nucléaire
p = proton = 1.007593 u = 1.6726234 E–27 kgn = neutron = 1.008982 u = 1.6749287 E–27 kgu = 1 atomic mass unit = 1/12 12C = 1.660018 E–27 kg
5626Fe30 = 26p + 30n
A 56Fe = 56 Mais le poid atomique de 56Fe = 55.934942
(http://csnwww.in2p3.fr/AMDC/web/masseval.html)26 x 1.007593 = 26.197418 u30 x 1.008982 = 30.269460 u
56.466878 u56.466878 – 55.934942 = 0.531936 u = 0.883 E–27 kg = masse perdue
Converti en énergie de liason nucléaire: E = mc2
Énergie de liason nucléaire
• maximum à 56Fe• après, fusion est une réaction endothermique• nucléosynthèse au délà 56Fe par des réactions de capture de neutron et par fission des nucléides Z > 90 (uranium et plus)
http://www.chem.uidaho.edu/~honors/nucbind.html
Fin des géantes rouges en supernova
Supernova remnantsCas A in x-rays (Chandra)
Vela
SN1998bu
Remnant of SN386, with central pulsar (Chandra)
Cygnus Loop (HST): green=H, red=S+, blue=O++
Nucléosynthèse dans les étoiles de 2eme génération:
Inventoire – 1H, 4He, 12C, 13C, 14N, 15N, 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si, 32S, 36Ar, 40Ca, 44Ca,48Ti, 52Cr, 56Fe
Production de neutron: 13C + 4He 16O + n
Nucléosynthèse par capture de neutrons et protons
Processus S – capture de neutron lent (étoiles de 2eme génération)Production des éléments jusqu’au Bi
Processus R – capture de neutron rapide (fin des géantes rouges)Production des élements lourds – à U. Après, c’estlimité par fission
Processus P – capture de proton (1H)Production des nucléides pauvres en neutron
s
Nucléosynthèse par Processus “s” : Capture de neutrons libre et formation des
nucléides plus lourdes que 56Fe
Nucléides stables (Oddo Hardkins)A Z N Quantité
Pair Pair Pair 159
Impair Pair Impair 53
Impair Impair Pair 50
Pair Impair Impair 4
Somme 266
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
log
abon
danc
e(a
tom
es /
106 S
i)
H
He
Li
Be
B
Fe
Ca
Sc
CO
UTh
PbPt
Ni
Tc Pm
NNeSi
S
Fe:produit dans la dernière phase
de fusionÉléments > Fe:activation par
neutrons
Instables
CNO
Éléments fissionables
0E+00
3E+07
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Nombre de masse
Abo
ndan
ce(a
tom
es /
106
Si)
H He
Li Be B
C
N
O
FNe
Na
0E+00
2E+06
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
Nombre de masse
Abo
ndan
ce(a
tom
es /
106
Si)
HHe
LiBe B
C N O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
ClAr
L’abondance cosmique des éléments
Mass number
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
log
abon
danc
e(a
tom
es /
106 S
i)
H
He
Li
Be
B
Fe
Ca
Sc
CO
UTh
PbPt
Ni
Tc Pm
NNeSi
S
H et He – les plus abondants
décroissance exponentielle en abondance
Z >40 faible abondance
pair-impair (Oddo-Harkins rule)
Li, Be, B – faible abondance
Fe - forte abondance
Pas d’isotope stableTc et Pm pas stables
