Notion
La relation d'équivalence masse-énergie, établie par Einstein dans le cadre de la relativité restreinte, relie la masse au repos \(m\) d'un système isolé à son énergie de masse \(E\) :
En physique nucléaire, on applique cette relation à l'échelle du noyau atomique pour quantifier sa cohésion. Le défaut de masse \(\Delta m\) est l'écart, positif par convention, entre la somme des masses des nucléons libres et la masse réelle du noyau :
L'énergie de liaison \(E_l\) est l'énergie qu'il faut fournir pour dissocier le noyau en nucléons libres au repos ; elle se déduit du défaut de masse par la même relation d'équivalence :
Conversion pratique utile pour les applications numériques : \(1\ \text{u} = 931{,}5\ \text{MeV}/c^2\). Le rapport \(E_l/A\) (énergie de liaison par nucléon) mesure la stabilité relative d'un noyau ; il est maximal autour de \(^{56}\text{Fe}\), à environ \(8{,}8\ \text{MeV/nucléon}\) — d'où l'intérêt énergétique de la fusion des noyaux légers et de la fission des noyaux lourds.
Ne pas confondre l'énergie de masse totale \(E=mc^2\) (échelle de \(10^{17}\ \text{J/kg}\)) et l'énergie de liaison nucléaire \(E_l\) (échelle de \(10^{-13}\ \text{J}\) par noyau) : la seconde n'en est qu'une fraction infime. La masse totale du système se conserve dans le bilan global : c'est la masse au repos qui diminue lors d'une réaction nucléaire, au profit de l'énergie cinétique des produits et du rayonnement émis.