Le noyau de l'atome

Tous les protons et les neutrons constituent un minuscule noyau atomique et sont appelés collectivement nucléons.

Le rayon d'un noyau mesure de 1,6 fm pour l'hydrogène à 15 fm pour l'uranium ce qui est beaucoup plus petit que le rayon de l'atome ( 145 00 fois pour l'hydrogène et 2300 fois pour l'uranium).
Les nucléons sont reliés entre eux par une force attractive de court effet appelée force nucléaire. à une distance inférieure que 2,5 fm , cette force est beaucoup plus puissante que la force électrostatique qui écarte les protons chargés positivement.
Les atomes du même élément ont le même nombre de protons appelé le nombre atomique. Dans un même élément, le nombre de neutrons peut varier déterminant l'isotope de cet élément.
Le nombre total de protons et de neutrons détermine le nuclide.
Le rapport entre le nombre protons par rapport à celui de neutrons détermine la stabilité du nucléon y compris certains isotopes devenant radioactif.
Le neutron et le proton sont deux types différents de fermions.
Le principe d'exclusion de Pauli est un effet de mécanique quantique qui interdit que deux fermions identiques ( comme par exemple deux protons) occupent le même état quantique au même moment. Ainsi, chaque proton dans le noyau doit occuper un état différent avec son propre niveau d'énergie.
Pour des atomes à bas nombre atomique, le noyau qui a un nombre de protons différent de celui de neutrons peut tomber dans un état d'énergie inférieur par radioactivité pour arriver aux nombres de protons et de neutrons plus proches l'un de l'autre. Les atomes avec le nombre de protons plus proche de celui des neutrons est plus stable, Cependant avec l'augmentation du nombre atomique, la répulsion réciproque des protons demande un nombre plus grand de neutrons pour maintenir la stabilité des noyaux ; ce qui modifie la régle. Ainsi, il n'y a pas de noyaux stables avec une égalité du nombre de protons et de neutrons au-dessus du nombre atomique Z= 20 (calcium) et quand Z augmente, le rapport de neutrons par rapport aux protons se stabilise à environ 1,5.
Le nombre de protons et de neutrons dans un noyau peut être modifié quoique cela requiert des hautes énergies à cause de la force nucléaire.
On a fusion nucléaire quand multiples particules atomiques se joignent pour former un noyau plus lourd, par exemple lors d'une collision énergétique entre deux noyaux. Par exemple, au coeur du soleil, les protons ont besoin d'une énergie de 3 à 10keV pour vaincre leur répulsion mutuelle - la barrière de Coulomb - et fusionner en un simple noyau.
La fission nucléaire est le processus inverse provoquant l'éclatement du noyau en deux noyaux plus petits. - normalement par radioactivité. Les noyaux peuvent aussi être modifiés par bombardement par des sub-particules à haute énergie ou photons. S'il y a modification du nombre de protons, l'atome est transformé en élément chimique différent.
Si la masse d'un noyau après une réaction de fusion est inférieure à la somme des masses initiales, cette différence est émise sous forme d'énergie. comme décrit par la formule d'Albert Einstein d'équivalence entre la masse et l'énergie : E = mc2 où m est la perte de masse et c la vitesse de la lumière. Ce déficit est l'énergie de liaison du noyau.
La fusion de deux noyaux qui ont un nombre atomique inférieur à celui du fer et du nickel est normalement un processus exothermique qui émet plus d'énergie que celle exigée pour les réunir. C'est cet excès d'énergie qui rend la fusion nucléaire une réaction auto alimentée dans les étoiles. Pour des noyaux plus lourds, l'énergie de liaison totale commence à diminuer. Cela signifie que le processus de fusion avec des noyaux qui ont un numéro atomique plus grand est un processus endothermique.Ces noyaux plus lourds ne peuvent pas, dans les étoiles, produire une réaction de fusion auto alimentée.

Traduit/adapté de http://en.wikipedia.org