ISO 80000-10:2019
(Main)Quantities and units - Part 10: Atomic and nuclear physics
Quantities and units - Part 10: Atomic and nuclear physics
This document gives names, symbols, definitions and units for quantities used in atomic and nuclear physics. Where appropriate, conversion factors are also given.
Grandeurs et unités - Partie 10: Physique atomique et nucléaire
Le présent document donne les noms, les symboles, les définitions et les unités des grandeurs utilisées en physique atomique et nucléaire. Des facteurs de conversion sont également indiqués, s'il y a lieu.
General Information
Relations
Overview
ISO 80000-10:2019 - "Quantities and units - Part 10: Atomic and nuclear physics" is the ISO/IEC standard that defines the names, symbols, definitions and units for quantities commonly used in atomic and nuclear physics. Where appropriate, it also provides conversion factors and aligns definitions with established reference sources (numerical values of physical constants are quoted from CODATA). The 2019 second edition streamlines the quantities table and refines many definitions for greater physical precision.
Key topics and technical content
- Comprehensive quantity table: standardized names, symbols and formal definitions for quantities such as atomic number (Z), neutron number (N), nucleon number (A), rest mass and rest energy, atomic/nuclidic mass, elementary charge, Bohr radius, Rydberg constant, Hartree energy, magnetic dipole moments, Bohr and nuclear magnetons, spin and total angular momentum, gyromagnetic ratios, and quantum numbers.
- Units and conversion guidance: SI units and commonly used atomic/nuclear units are specified, with conversion factors where appropriate.
- Stochastic vs non‑stochastic quantities: guidance on interpretation of quantities that are expectation values (important in ionizing radiation metrology).
- Reference to constants and conventions: recommends CODATA values for physical constants and cross‑references other ISO/IEC parts (e.g., ISO 80000‑1, ‑2, ‑3, ‑4, ‑5 and IEC 80000‑6) and related publications (ICRU).
- Clarity for quantum definitions: formal definitions for quantum numbers, angular momentum, magnetic moments and related quantum mechanical quantities.
Practical applications and who uses it
ISO 80000-10 is essential for professionals and organizations that need unambiguous, internationally consistent expression of atomic and nuclear quantities:
- Metrology and calibration labs - to ensure traceable measurements and consistent use of units and constants.
- Nuclear medicine, radiation protection and radiology - for accurate specification of dose‑related quantities and measurement reports.
- Research laboratories and academic publishing - to standardize symbols and definitions in publications, data tables and experiment reports.
- Instrument and software developers - for measurement firmware, simulation codes and data interchange formats that require consistent unit semantics.
- Standards bodies and regulators - as a normative reference when drafting technical regulations or safety standards involving atomic/nuclear quantities.
Related standards and resources
- ISO 80000 series (other parts for general units, quantities and specific domains)
- IEC 80000‑6 (electromagnetics)
- CODATA recommended values (for up‑to‑date physical constants)
- ICRU reports (alignment noted in this edition)
- ISO Online Browsing Platform and IEC Electropedia for terminology and cross references
ISO 80000-10 provides a single authoritative reference to reduce ambiguity in atomic and nuclear physics reporting, improve interoperability of data and instruments, and support reproducible measurement practice.
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 80000-10
Second edition
2019-08
Quantities and units —
Part 10:
Atomic and nuclear physics
Grandeurs et unités —
Partie 10: Physique atomique et nucléaire
Reference number
©
ISO 2019
© ISO 2019
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
Bibliography .41
Alphabetical index .42
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www. iso. org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www. iso.o rg/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www. iso
.org/iso/foreword. html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 12, Quantities and units, in collaboration
with Technical Committee IEC/TC 25, Quantities and units.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 80000-10:2009), which has been
technically revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— the table giving the quantities and units has been simplified;
— some definitions and the remarks have been stated physically more precisely;
— definitions in this document have been brought in line with their equivalent ones in ICRU 85a.
A list of all parts in the ISO 80000 and IEC 80000 series can be found on the ISO and IEC websites.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www. iso. org/members. html.
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Introduction
0 Special remarks
0.1 Quantities
Numerical values of physical constants in this document are quoted in the consistent values of the
fundamental physical constants published in CODATA recommended values. The indicated values are
the last known before publication. The user is advised to refer to the CODATA website for the latest
values, https: //physics .nist .gov/cuu/Constants/index .html.
h
The symbol is the reduced Planck constant, it is equal to , where h is the Planck constant.
2π
0.2 Special units
1 eV is the energy acquired by an electron in passing a potential difference of 1 V in vacuum.
0.3 Stochastic and non-stochastic quantities
Differences between results from repeated observations are common in physics. These can arise
from imperfect measurement systems, or from the fact that many physical phenomena are subject to
inherent fluctuations. Quantum-mechanical issues aside, one often needs to distinguish between a
stochastic quantity, the values of which follow a probability distribution, and a non-stochastic quantity
with its unique, expected value (expectation) of such distributions. In many instances the distinction
is not significant because the probability distribution is very narrow. For example, the measurement
of an electric current commonly involves so many electrons that fluctuations contribute negligibly to
inaccuracy in the measurement. However, as the limit of zero electric current is approached, fluctuations
can become manifest. This case, of course, requires a more careful measurement procedure, but perhaps
more importantly illustrates that the significance of stochastic variations of a quantity can depend on
the magnitude of the quantity. Similar considerations apply to ionizing radiation; fluctuations can play
a significant role, and in some cases need to be considered explicitly. Stochastic quantities, such as
the energy imparted and the specific energy imparted (item 10-81.2) but also the number of particle
traversals across microscopic target regions and their probability distributions, have been introduced
as they describe the discontinuous nature of the ionizing radiations as a determinant of radiochemical
and radiobiological effects. In radiation applications involving large numbers of ionizing particles, e.g. in
medicine, radiation protection and materials testing and processing, these fluctuations are adequately
represented by the expected values of the probability distributions. “Non-stochastic quantities” such
as particle fluence (item 10-43), absorbed dose (item 10-81.1) and kerma (item 10-86.1) are based on
these expected values.
This document contains definitions based on a differential quotient of the type dA/dB in which the
quantity A is of a stochastic nature, a situation common in ionizing radiation metrology. In these cases,
quantity A is understood as the expected or mean value whose element ΔA falls into element ΔB. The
differential quotient dA/dB is the limit value of the difference quotient ΔA/ΔB for ΔB → 0. In the remarks
of the definitions falling in this category, a reference to this paragraph is made.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 80000-10:2019(E)
Quantities and units —
Part 10:
Atomic and nuclear physics
1 Scope
This document gives names, symbols, definitions and units for quantities used in atomic and nuclear
physics. Where appropriate, conversion factors are also given.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
The names, symbols, and definitions for quantities and units used in atomic and nuclear physics are
given in Table 1.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
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Table 1 — Quantities and units used in atomic and nuclear physics
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-1.1 atomic number, Z number of protons in an atomic nucleus 1 A nuclide is a species of atom with speci-
fied numbers of protons and neutrons.
proton number
Nuclides with the same value of Z but
different values of N are called isotopes
of an element.
The ordinal number of an element in
the periodic table is equal to the atom-
ic number.
The atomic number equals the quo-
tient of the charge (IEC 80000-6) of
the nucleus and the elementary charge
(ISO 80000-1).
10-1.2 neutron number N number of neutrons in an atomic nucleus 1 Nuclides with the same value of N but
different values of Z are called isotones.
N – Z is called the neutron excess number.
10-1.3 nucleon number, A number of nucleons in an atomic nucleus 1 A = Z + N
mass number Nuclides with the same value of A are
called isobars.
10-2 rest mass, m(X) for particle X, mass (ISO 80000-4) of that particle at rest in kg EXAMPLE
an inertial frame
proper mass m u m(H O) for a water molecule, m for an
X 2 e
electron.
Da
Rest mass is often denoted m .
1 u is equal to 1/12 times the mass of a
free carbon 12 atom, at rest and in its
ground state.
1 Da = 1 u
10-3 rest energy E energy E (ISO 80000-5) of a particle at rest: J
0 0
N m
Em= c
00 0
2 −2
kg m s
where
m is the rest mass (item 10-2) of that particle, and
c is speed of light in vacuum (ISO 80000-1)
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-4.1 atomic mass m(X) rest mass (item 10-2) of an atom X in the ground state kg
m(X)
is called the relative atomic mass.
m u
X
m
u
Da
1 u is equal to 1/12 times the mass of a
free carbon 12 atom, at rest and in its
ground state.
1 Da = 1 u
10-4.2 nuclidic mass m(X) rest mass (item 10-2) of a nuclide X in the ground state kg 1 u is equal to 1/12 times the mass of a
free carbon 12 atom, at rest and in its
m u
X
ground state.
Da
1 Da = 1 u
10-4.3 unified atomic mass m 1/12 of the mass (ISO 80000-4) of an atom of the nuclide kg 1 u is equal to 1/12 times the mass of a
u
constant C in the ground state at rest free carbon 12 atom, at rest and in its
u
ground state.
Da
1 Da = 1 u
10-5.1 elementary charge e one of the fundamental constants in the SI system C
(ISO 80000-1), equal to the charge of the proton and oppo-
s A
site to the charge of the electron
10-5.2 charge number, c for a particle, quotient of the electric charge (IEC 80000-6) 1 A particle is said to be electrically neu-
and the elementary charge (ISO 80000-1) tral if its charge number is equal to zero.
ionization number
The charge number of a particle can be
positive, negative, or zero.
The state of charge of a particle may be
presented as a superscript to the symbol
of that particle, e.g.
+ ++ 3+ - -- 3-
H , He , Al , Cl , S , N .
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Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-6 Bohr radius a radius (ISO 80000-3) of the electron orbital in the hydro- m The radius of the electron orbital in the
gen atom in its ground state in the Bohr model of the atom: H atom in its ground state is a in the
Å
Bohr model of the atom.
4πε
−10
ångström (Å), 1 Å: = 10 m
a =
me
e
where
ε is the electric constant (IEC 80000-6),
is the reduced Planck constant (ISO 80000-1),
m is the rest mass (item 10-2) of electron, and
e
e is the elementary charge (ISO 80000-1)
−1
10-7 Rydberg constant R spectroscopic constant that determines the wave numbers m The quantity R = R hc is called the
∞ y ∞ 0
of the lines in the spectrum of hydrogen: Rydberg energy.
e
R =
∞
8πε ahc
00 0
where
e is the elementary charge (ISO 80000-1),
ε is the electric constant (IEC 80000-6),
a is the Bohr radius (item 10-6),
h is the Planck constant (ISO 80000-1), and
c is the speed of light in vacuum (ISO 80000-1)
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-8 Hartree energy E energy (ISO 80000-5) of the electron in a hydrogen atom eV The energy of the electron in an H atom
H
in its ground state: J in its ground state is E .
H
E
h 2 −2
kg m s
e
E =
H
4πε a
where
e is the elementary charge (ISO 80000-1),
ε is the electric constant (IEC 80000-6), and
a is the Bohr radius (item 10-6)
10-9.1 magnetic dipole μ for a particle, vector (ISO 80000-2) quantity causing a m A For an atom or nucleus, this energy is
moment change to its energy (ISO 80000-5) ΔW in an external mag- quantized and can be written as:
netic field of field flux density B (IEC 80000-6):
W = g μ M B
x
ΔW = −μ · B
where
g is the appropriate g factor (item 10-
14.1 or item 10-14.2), μ is mostly the
x
Bohr magneton or nuclear magneton
(item 10-9.2 or item 10-9.3), M is mag-
netic quantum number (item 10-13.4),
and B is magnitude of the magnetic flux
density.
See also IEC 80000-6.
10-9.2 Bohr magneton μ magnitude of the magnetic moment of an electron in a m A
B
state with orbital angular momentum quantum number
l=1 (item 10-13.3) due to its orbital motion:
e
μ =
B
2m
e
where
e is the elementary charge (ISO 80000-1),
is the reduced Planck constant (ISO 80000-1), and
m is the rest mass (item 10-2) of electron
e
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Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-9.3 nuclear magneton μ absolute value of the magnetic moment of a nucleus: m A Subscript N stands for nucleus. For the
N
neutron magnetic moment, subscript
e
n is used. The magnetic moments of
μ =
N
protons and neutrons differ from this
2m
p
quantity by their specific g factors (item
where
10-14.2).
e is the elementary charge (ISO 80000-1),
is the reduced Planck constant (ISO 80000-1), and
m is the rest mass (item 10-2) of proton
p
2 −1
10-10 spin s vector (ISO 80000-2) quantity expressing the internal kg m s Spin is an additive vector quantity.
angular momentum (ISO 80000-4) of a particle or a par-
ticle system
10-11 total angular J vector (ISO 80000-2) quantity in a quantum system J s In atomic and nuclear physics, orbital
momentum composed of the vectorial sum of angular momentum L eV s angular momentum is usually denoted
(ISO 80000-4) and spin s (item 10-10) by l or L.
2 −1
kg m s
The magnitude of J is quantized so that:
J =+ jj()1
where j is the total angular momentum
quantum number (item 10-13.6).
Total angular momentum and magnetic
dipole moment have the same direction.
j is not the magnitude of the total
angular momentum J but its projection
onto the quantization axis, divided by .
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
2 −1 −1 2 −1 −1
10-12.1 gyromagnetic ratio, γ proportionality constant between the magnetic dipole A m J s 1 A·m /(J·s) = 1 A·s/kg = 1 T ·s
moment and the angular momentum:
magnetogyric ratio, A s/kg The systematic name is “gyromagnetic
μ = γ J coefficient”, but “gyromagnetic ratio” is
−1
gyromagnetic coef- kg s A
more usual.
ficient where
The gyromagnetic ratio of the proton is
μ is the magnetic dipole moment (item 10-9.1), and
denoted by γ .
p
J is the total angular momentum (item 10-11)
The gyromagnetic ratio of the neutron is
denoted by γ .
n
2 −1 −1 2 −1 −1
proportionality constant between the magnetic dipole A m J s 1 A·m /(J·s) = 1 A·s/kg = 1 T ·s
10-12.2 gyromagnetic ratio γ
e
moment and the angular momentum of the electron
of the electron,
A s/kg
magnetogyric ratio μ = γ J
e −1
kg s A
of the electron,
where
gyromagnetic coeffi-
μ is the magnetic dipole moment (item 10-9.1), and
cient of the electron
J is the total angular momentum (item 10-11)
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Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-13.1 quantum number N number describing a particular state of a quantum system 1 Electron states determine the binding
L energy E = E(n,l,m,j,s,f ) in an atom.
M
Upper case letters N, L, M, J, S, F are usu-
j
ally used for the whole system.
s
F
The spatial probability distribution of an
electron is given by │Ψ│ , where Ψ is its
wave function. For an electron in an H
atom in a non-relativistic approximation,
the wave function can be presented as:
m
ψ (rR,,ϑφ)(=⋅rY)(ϑφ,)
nl l
where
r ,,ϑφ are spherical coordinates
(ISO 80000-2) with respect to the
nucleus and to a given (quantization)
axis, Rr() is the radial distribution
nl
m
function, and Y (,ϑφ) are spherical
l
harmonics.
In the Bohr model of one-electron atoms,
n, l, and m define the possible orbits of
an electron about the nucleus.
10-13.2 principal quantum n atomic quantum number related to the number n−1 of 1 In the Bohr model, n = 1,2,…,∞ is related
number radial nodes of one-electron wave functions to the binding energy of an electron and
the radius of spherical orbits (principal
axis of the elliptic orbits).
For an electron in an H atom, the
semi-classical radius of its orbit is
r = a n and its binding energy is
n 0
E = E /n .
n H
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-13.3 orbital angular l atomic quantum number related to the orbital angular 1
momentum quantum momentum l of a one-electron state l =− ll()1 , ln=−01,,, 1
l
i
number
where
L
l is the orbital angular momentum and
is the reduced Planck constant
(ISO 80000-1).
If reference is made to a specific particle
i, the symbol l is used instead of l;
i
if reference is made to the whole system,
the symbol L is used instead of l.
An electron in an H atom for l = 0 appears
as a spherical cloud. In the Bohr model, it
is related to the form of the orbit.
10-13.4 magnetic quantum m atomic quantum number related to the z component l , j or 1
z z
lm= , jm= , and sm= , with the
zl zj zs
number s , of the orbital, total, or spin angular momentum
z
m
i
ranges from −l to l, from −j to j, and ±1/2,
M
respectively.
m refers to a specific particle i. M is used
i
for the whole system.
Subscripts l, s, j, etc., as appropriate, in-
dicate the angular momentum involved.
is the reduced Planck constant
(ISO 80000-1).
10-13.5 spin quantum s characteristic quantum number s of a particle, related to 1 Spin quantum numbers of fermions are
number its spin (item 10-10), s: odd multiples of 1/2, and those of bos-
ons are integers.
s =+ ss()1
where is the reduced Planck constant (ISO 80000-1)
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Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-13.6 total angular j quantum number in an atom describing the magnitude of 1 j refers to a specific particle i; J is used
i
momentum quantum total angular momentum J (item 10-11) for the whole system.
j
i
number
The quantum number J and the magni-
J
tude of total angular momentum J (item
10-11) are different quantities.
The two values of j are l±1/2. (See item
10-13.3.)
10-13.7 nuclear spin I quantum number related to the total angular momentum 1 Nuclear spin is composed of spins of the
quantum number (item 10-11), J, of a nucleus in any specified state, normally nucleons (protons and neutrons) and
called nuclear spin: their (orbital) motions.
In principle there is no upper limit for
J =+ II()1
the nuclear spin quantum number. It has
possible values I = 0,1,2,… for even A and
where is the reduced Planck constant (ISO 80000-1)
1 3
I= ,, for odd A.
2 2
In nuclear and particle physics, J is
often used.
10-13.8 hyperfine structure F quantum number of an atom describing the inclination of 1 The interval of F is │I−J│, │I−J│+1, ., I−J.
quantum number the nuclear spin with respect to a quantization axis given
This is related to the hyperfine splitting
by the magnetic field produced by the orbital electrons
of the atomic energy levels due to the
interaction between the electron and
nuclear magnetic moments.
10-14.1 Landé factor, g quotient of the magnetic dipole moment of an atom, and 1 These quantities are also called g values.
the product of the total angular momentum quantum num-
g factor of atom The Landé factor can be calculated from
ber and the Bohr magneton:
the expression:
μ
g= gL(),,SJ =+11()g −
e
J⋅μ
B
JJ+11++SS −+LL 1
() () ()
where ×
21JJ()+
μ is magnitude of magnetic dipole moment (item 10-9.1),
where g is the g factor of the electron.
e
J is total angular momentum quantum number (item
10-13.6), and
μ is the Bohr magneton (item 10-9.2)
B
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-14.2 g factor of nucleus or g quotient of the magnetic dipole moment of an atom, and 1 The g factors for nuclei or nucleons are
nuclear particle the product of the nuclear spin quantum number and the known from measurements.
nuclear magneton:
μ
g=
I⋅μ
N
where
μ is magnitude of magnetic dipole moment (item 10-9.1),
I is nuclear spin quantum number (item 10-13.7), and
μ is the nuclear magneton (item 10-9.3)
N
−1
10-15.1 Larmor angular ω angular frequency (ISO 80000-3) of the electron angular rad s
L
frequency momentum (ISO 80000-4) vector precession about the
−1
s
axis of an external magnetic field:
e
ω = B
L
2m
e
where
e is the elementary charge (ISO 80000-1),
m is the rest mass (item 10-2) of electron, and
e
B is magnetic flux density (IEC 80000-6)
−1
10-15.2 Larmor frequency ν quotient of Larmor angular frequency (ISO 80000-3) and 2π s
L
−1
10-15.3 nuclear precession ω frequency (ISO 80000-3) by which the nucleus angular rad s
N
angular frequency momentum vector (ISO 80000-4) precesses about the axis
−1
s
of an external magnetic field:
ω = γ B
N
where
γ is the gyromagnetic ratio (item 10-12.1), and
B is magnetic flux density (IEC 80000-6)
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Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
−1
10-16 cyclotron angular ω quotient of the product of the electric charge of a particle rad s The quantity v = ω /2π is called the
c c c
frequency and the magnitude of the magnetic flux density of the mag- cyclotron frequency.
−1
s
netic field, and the particle mass:
q
ω = B
c
m
where
q is the electric charge (IEC 80000-6) of the particle,
m is the mass (ISO 80000-4) of the particle, and
B is the absolute value of the magnetic flux density
(IEC 80000-6)
10-17 gyroradius, r radius (ISO 80000-3) of circular movement of a particle m
g
with mass (ISO 80000-4), velocity v (ISO 80000-3), and
Larmor radius r
L
electric charge q (IEC 80000-6), moving in a magnetic field
with magnetic flux density B (IEC 80000-6):
mvB×
r =
g
qB
10-18 nuclear quadrupole Q z component of the diagonalized tensor of nuclear quadru- m The electric nuclear quadrupole mo-
moment pole moment: ment is eQ.
This value is equal to the z component
Q= ()3zr− ρ(,xy ,)zV d
()
∫ of the diagonalized tensor of quadru-
e
pole moment.
in the quantum state with the nuclear spin in the field
direction (z), where
e is the elementary charge (ISO 80000-1),
2 2 2 2
r = x + y + z ,
ρ(x,y,z) is the nuclear electric charge density
(IEC 80000-6), and
dV is the volume element dx dy dz
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-19.1 nuclear radius R conventional radius (ISO 80000-3) of sphere in which the m This quantity is not exactly defined. It is
nuclear matter is included given approximately for nuclei in their
ground state by:
13/
Rr= A
where
−15
r ≈×12, 10 m, and A is the nucleon
number (item 10-1.3).
Nuclear radius is usually expressed in
−15
femtometres, 1 fm = 10 m.
radius of a sphere such that the relativistic electron energy m This quantity corresponds to the
10-19.2 electron radius r
e
is distributed uniformly: electrostatic energy E of a charge
distributed inside a sphere of radius r
e
e as if all the rest energy (item 10-3) of the
r =
e
2 electron were attributed to the energy
4πε mc
00e
of electromagnetic origin, using the
where
relation Em= c .
e0
e is the elementary charge (ISO 80000-1),
ε is the electric constant (IEC 80000-6),
m is the rest mass (item 10-2) of electron, and
e
c is the speed of light in vacuum (ISO 80000-1)
10-20 Compton wavelength λ quotient of the Planck constant and the product of the m The wavelength of electromagnetic
C
mass of the particle and the speed of light in vacuum: radiation scattered from free electrons
(Compton scattering) is larger than
h
that of the incident radiation by a maxi-
λ =
C
mum of 2λ .
mc
C
where
h is the Planck constant (ISO 80000-1),
m is the rest mass (item 10-2) of a particle, and
c is the speed of light in vacuum (ISO 80000-1)
o
14 © ISO 2019 – All rights reserved
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-21.1 mass excess Δ difference between the mass of an atom, and the product kg The mass excess is usually expressed in
of its mass number and the unified mass constant: daltons, 1 Da = 1 u.
Da
Δ = m − A · m See item 10-2.
a u
u
where
m is the rest mass (item 10-2) of the atom,
a
A is its nucleon number (item 10-1.3), and
m is the unified atomic mass constant (item 10-4.3)
u
10-21.2 mass defect B sum of the product of the proton number and the hydrogen kg The mass excess is usually expressed in
atomic mass, and the neutron rest mass, minus the rest daltons, 1 Da = 1 u.
Da
mass of the atom:
If the binding energy of the orbital
u
B = Z m( H) + N m − m
n a
electrons is neglected, Bc is equal to
o
where
the binding energy of the nucleus.
Z is the proton number (item 10-1.1) of the atom,
1 1
m( H) is atomic mass (item 10-4.1) of H,
N is neutron number (item 10-1.2),
m is the rest mass (item 10-2) of the neutron, and
n
m is the rest mass (item 10-2) of the atom
a
10-22.1 relative mass excess Δ quotient of mass excess and the unified atomic mass 1
r
constant:
Δ = Δ/m
r u
where
Δ is mass excess (item 10-21.1), and
m is the unified atomic mass constant (item 10-4.3)
u
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-22.2 relative mass defect B quotient of mass defect and the unified atomic mass 1
r
constant:
B = B/m
r u
where
B is mass defect (item 10-21.2), and
m is the unified atomic mass constant (item 10-4.3)
u
10-23.1 packing fraction f quotient of relative mass excess and the nucleon number: 1
f = Δ /A
r
where
Δ is relative mass excess (item 10-22.1), and
r
A is the nucleon number (item 10-1.3)
10-23.2 binding fraction b quotient of relative mass defect and the nucleon number: 1
b = B /A
r
where
B is relative mass defect (item 10-22.2), and
r
A is the nucleon number (item 10-1.3)
-1
10-24 decay constant, λ quotient of –dN/N and dt, where dN/N is the mean s For exponential decay, this quantity is
fractional change in the number of nuclei in a particular constant.
disintegration
energy state due to spontaneous transformations in a time
constant For more than one decay channel,
interval of duration (ISO 80000-3) dt:
λλ=
∑ a
1 dN
λ=−
where λ denotes the decay constant
a
N dt
for a specified final state and the sum is
taken over all final states.
10-25 mean duration of life, τ reciprocal of the decay constant λ (item 10-24): s Mean duration of life is the expected
value of the duration of life of an unsta-
mean life time
ble particle or an excited state of a par-
τ=
λ
physics> in a short time interval follows a Poisson
distribution.
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Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-26 level width Γ quotient of the reduced Planck constant and the mean life: eV Level width is the uncertainty of the en-
ergy of an unstable particle or an excited
J
state of a system due to the Heisenberg
Γ =
2 −2
principle.
kg m s
τ
where
The term energy level refers to the con-
figuration of the distribution function of
is the reduced Planck constant (ISO 80000-1), and
the density of states. Energy levels may
be considered as discrete, like those in
τ is mean duration of life (item 10-25)
an atom, or may have a finite width, like
e.g. this item or like e.g. the valence or
conduction band in solid state physics.
Energy levels are applicable to both real
and virtual particles, e.g. electrons and
phonons, respectively.
10-27 activity A differential quotient of N with respect to time, where N is Bq For exponential decay, A = λN, where λ is
the mean change in the number of nuclei in a particular the decay constant (item 10-24).
−1
s
energy state due to spontaneous nuclear transformations
The becquerel (Bq) is a special name for
in a time interval of duration (ISO 80000-3) dt:
second to the power minus one, to be
used as the coherent SI unit of activity.
dN
A=−
In report 85a of the ICRU a definition
dt
with an equivalent meaning is given
as: The activity, A, of an amount of a
radionuclide in a particular energy state
at a given time is the quotient of -dN by
dt, where dN is the mean change in the
number of nuclei in that energy state
due to spontaneous nuclear transforma-
tions in the time interval dt:
dN
A=− .
dt
See also section 0.3.
10-28 specific activity, a quotient of the activity A (item 10-27) of a sample and the Bq/kg
mass m (ISO 80000-4) of that sample:
−1 −1
massic activity kg s
a = A/m
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-29 activity density, c quotient of the activity A (item 10-27) of a sample and the Bq/m
A
volume V (ISO 80000-3) of that sample:
−3 −1
volumic activity, m s
c = A/V
A
activity concentration
10-30 surface-activity a quotient of the activity A (item 10-27) of a sample and the Bq/m This value is usually defined for flat
S
density total area S (ISO 80000-3) of the surface of that sample: sources, where S corresponds to the total
−2 −1
m s
area of surface of one side of the source.
a = A/S
S
10-31 half life T mean duration (ISO 80000-3) required for the decay of one s For exponential decay, T = (ln2)/λ,
1/2 1/2
half of the atoms or nuclei where λ is the decay constant (item 10-
24).
10-32 alpha disintegration Q sum of the kinetic energy (ISO 80000-4) of the α-parti- eV The ground-state alpha disintegration
α
energy cle produced in the disintegration process and the recoil energy, Q , also includes the energy of
α,0
J
energy (ISO 80000-5) of the product atom in a reference any nuclear transitions that take place
2 −2
frame in which the emitting nucleus is at rest before its kg m s in the daughter produced.
disintegration
10-33 maximum beta- E maximum kinetic energy (ISO 80000-4) of the emitted beta eV The maximum kinetic energy corre-
β
particle energy particle produced in the nuclear disintegration process sponds to the highest energy of the beta
J
spectrum.
2 −2
kg m s
10-34 beta disintegration Q sum of the maximum beta-particle kinetic energy (item eV For positron emitters, the energy for the
β
energy 10-33) and the recoil energy (ISO 80000-5) of the atom production of the annihilation radiation
J
produced in a reference frame in which the emitting nucle- created in the combination of an elec-
2 −2
us is at rest before its disintegration kg m s tron with the positron is part of the beta
disintegration energy.
The ground-state beta disintegration
energy, Q , also includes the energy of
β,0
any nuclear transitions that take place
in the daughter product.
10-35 internal conversion α quotient of the number of internal conversion electrons 1 The quantity α/(α+1) is also used and
factor and the number of gamma quanta emitted by the radi- called the internal-conversion fraction.
oactive atom in a given transition, where a conversion
Partial conversion fractions referring
electron represents an orbital electron emitted through
to the various electron shells K, L, . are
the radioactive decay
indicated by α , α , ….
K L
α /α is called the K-to-L internal con-
K L
version ratio.
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Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-36 particle emission differential quotient of N with respect to time, where N 1 Usually the kind of particles is specified,
N
rate is the number of particles being emitted from an infin- e.g. neutron emission rate or alpha par-
itesimally small volume element in the time interval of ticle emission rate.
duration dt (ISO 80000-3), and dt:
dN
N=
dt
10-37.1 reaction energy Q in a nuclear reaction, sum of the kinetic energies eV For exothermic nuclear reactions, Q>0.
(ISO 80000-4) and photon energies (ISO 80000-5) of the
J For endothermic nuclear reactions, Q<0.
reaction products minus the sum of the kinetic and photon
2 −2
energies of the reactants kg m s
10-37.2 resonance energy E kinetic energy (ISO 80000-4) of an incident particle, in the eV The energy of the resonance corre-
r
reference frame of the target, corresponding to a reso- sponds to the difference of the energy
E J
res
nance in a nuclear reaction levels involved of the nucleus.
2 −2
kg m s
10-38.1 cross section σ for a specified target entity and for a specified reaction m The type of process is indicated by sub-
or process produced by incident charged or uncharged scripts, e.g. absorption cross section σ ,
a
b
particles of a given type and energy, the quotient of the scattering cross section σ , fission cross
s
mean number of such reactions or processes and the inci- section σ .
f
dent-particle fluence (item 10-43)
−28 2
1 barn (b) = 10 m
10-38.2 total cross section σ sum of all cross sections (item 10-38.1) corresponding to m In the case of a narrow unidirectional
tot
the various reactions or processes between an incident beam of incident particles, this is the
σ b
T
particle of specified type and energy (ISO 80000-5) and a effective cross section for the removal of
target entity an incident particle from the beam. See
the Remarks for item 10-52.
−28 2
1 barn (b) = 10 m
2 −1
10-39 direction distribu- σ differential quotient of σ with respect to Ω, where σ is the m sr Quantities listed under items 10-39,
Ω
tion of cross section cross section (item 10-38.1) for ejecting or scattering a 10-40 and 10-41 are sometimes called
m
particle into a specified direction, and Ω is the solid angle differential cross sections.
(ISO 80000-3) around that direction:
The type of interaction needs to be
σ = dσ/dΩ specified.
Ω
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-40 energy distribution σ differential quotient of σ with respect to energy, where σ is m /J
E
of cross section the cross section (item 10-38.1) for a process in which the
−1 2
kg s
energy E (ISO 80000-5) of the ejected or scattered particle
is between E and E+dE:
σ = dσ/dE
E
10-41 direction and energy σ partial differential quotient of σ with respect to solid angle m /(J sr)
Ω,E
distribution of and energy, where σ is the cross section (item 10-38.1)
−1 2
kg s
cross section for ejecting or scattering a particle into a solid angle dΩ
around a specified direction and with an energy between
E and E+dE:
∂ σ
σ =
Ω ,E
∂∂Ω E
−1
10-42.1 volumic cross section, Σ product of the number density n of the atoms and of the m When the target particles of the medium
a
cross section (item 10-38.1) σ for a given type of atoms: are at rest, Σ = 1/l, where l is the mean
a
macroscopic
free path (item 10-71).
cross section Σ = n σ
a a
−1
10-42.2 volumic total Σ product of the number density n of the atoms and the m See the Remarks for item 10-49.
tot a
cross section, cross section (item 10-38.1) σ for a given type of atoms:
tot
Σ
T
macroscopic total Σ = n σ
tot a tot
cross section
−2
10-43 particle fluence differential quotient of N with respect to a, where N is the m The word “particle” is usually replaced
Φ
number of particles incident on a sphere of cross-sectional by the name of a specific particle, for
area a (item 10-38.1): example proton fluence.
If a flat area of size dA is passed
dN
Φ=
perpendicularly by a number of dN
da
particles, the corresponding particle
dN
fluence is:Φ=
dA
20 © ISO 2019 – All rights reserved
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-43 A plane area of size dA crossed at an
(cont.) angle α with respect to the surface nor-
mal by a number of dN particles results
in the particle fluence:
dN
Φ=
cos(α)dA
In report 85a of the ICRU a definition
with an equivalent meaning is given as:
The fluence, Φ , is the quotient of dN and
da, where dN is the number of particles
incident on a sphere of cross-sectional
area da:
dN
Φ= .
da
See also section 0.3.
−2 −1
10-44 particle fluence rate m s The word “particle” is usually replaced
differential quotient of fluence Φ (item 10-43) with
Φ
by the name of a specific particle, for
respect to time (ISO 80000-3):
example proton fluence rate.
dΦ
The distribution function expressed in
Φ=
dt
terms of speed and energy, Φ andΦ ,
v E
are related to by:
ΦΦ==ddvEΦ .
vE
∫ ∫
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-44 This quantity has also been termed
(cont.) particle flux density. Because the word
“density” has several connotations, the
term “fluence rate” is preferred. For a
radiation field composed of particles of
velocity v, the fluence rate is equal to n·v
where n is the particle number density.
See Remarks for item 10-43.
In report 85a of the ICRU a definition
with an equivalent meaning is given as:
The fluence rate, Φ , is the quotient of
dΦ and dt, where dΦ is the increment
of the fluence in the time interval dt:
dΦ
Φ= .
dt
See also section 0.3.
10-45 radiant energy R mean energy (ISO 80000-5), excluding rest energy (item eV For particles of energy E (excluding rest
10-3), of the particles that are emitted, transferred, or energy), the radiant energy, R, is equal to
J
received the product N·E where N is the number
2 −2
of the particles that are emitted, trans-
kg m s
ferred, or received
The distributions, N and R , of the
E E
particle number and the radiant energy
with respect to energy are given by
N = dN/dE and
E
R = dR/dE, respectively, where dN is
E
the number of particles with energy
between E and E+dE, and dR is their ra-
diant energy. The two distributions are
related by R = E·N .
E E
22 © ISO 2019 – All rights reserved
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
10-46 energy fluence differential quotient of radiant energy R (item 10-45) eV/m In report 85a of the ICRU a definition
Ψ
incident on a sphere of cross-sectional area (item 10-38.1) with an equivalent meaning is given as:
J/m
a with respect to that area:
The energy fluence, Ψ , is the quotient of
−2
kg s
dR
dR and da, where dR is the radiant
Ψ =
energy incident on a sphere of cross-sec-
da
tional area da:
dR
Ψ = .
da
See also section 0.3.
10-47 energy fluence rate W/m In report 85a of the ICRU a definition
differential quotient of the energy fluence Ψ (item 10-46)
Ψ
with an equivalent meaning is given as:
−3
kg s
with respect to time (ISO 80000-3):
The energy-fluence rate, Ψ , is the
dΨ
Ψ =
quotient of dΨ by dt, where dΨ is the
dt
increment of the energy fluence in the
time interval dt:
dΨ
Ψ = .
dt
See also section 0.3.
Table 1 (continued)
Item No. Quantity Unit Remarks
Name Symbol Definition
−2 −1
10-48 particle current J vector whose component in direction of an area normal is m s Usually the word “particle” is replaced
density given by: by the name of a specific particle, for
S
example proton current.
J = ΦΩ(,θα )cos()θ d
n ∫ Ω
Symbol S is recommended when there
is a possibility of confusion with the
where
symbol J for electric current density. For
neutron current, the symbol J is gen-
Φ ()θα, is the directional distribution of the particle
Ω
erally used. The distribution functions
fluence rate (item 10-44), and
expressed in terms of speed and energy,
J and J , are related to J by:
θ and α are polar and azimuthal angles, respectively
v E
JJ==ddvEJ .
vE
∫∫
The directional distribution of the
particle fluence rate is also denoted as
particle radiance.
−1
10-49 linear attenuation μ for uncharged particles of a given type and energy the dif- m μ is equal to the macroscopic total cross
coefficient ferential quotient n with respect to l, where n is the frac- section Σ for the removal of particles
tot
μ
l
tion of N incoming particles that experience interactions in from the beam.
traversing a distance (ISO 80000-3) l in a given material:
Using the relation μ = μ/ρ between the
m
linear attenuation coefficient μ, the mass
dn 1 dN
μ==
attenuation coefficient μ (item 10-50)
m
dlN dl
and the density ρ, the defini
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 80000-10
Deuxième édition
2019-08
Grandeurs et unités —
Partie 10:
Physique atomique et nucléaire
Quantities and units —
Part 10: Atomic and nuclear physics
Numéro de référence
©
ISO 2019
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ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
Bibliographie .40
Index alphabétique.41
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 12, Grandeurs et unités, en
collaboration avec le comité d’études IEC/TC 25, Grandeurs et unités.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 80000-10:2009), qui a fait l’objet
d’une révision technique.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— le tableau donnant les grandeurs et les unités a été simplifié;
— certaines définitions et les remarques ont été énoncées physiquement de manière plus précise;
— les définitions du présent document ont été alignées sur les définitions équivalentes de l’ICRU 85a.
Une liste de toutes les parties des séries ISO 80000 et IEC 80000 se trouve sur les sites de l’ISO et de l’IEC.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
Introduction
0 Remarques particulières
0.1 Grandeurs
Les valeurs numériques des constantes physiques données dans le présent document sont reprises des
valeurs cohérentes des constantes physiques fondamentales publiées dans «CODATA recommended
values». Les valeurs indiquées sont les dernières connues avant la publication. Il est conseillé à
l’utilisateur de se reporter au site Web de CODATA pour obtenir les valeurs les plus récentes, https://
physics .nist .gov/ cuu/ Constants/ index .html.
h
Le symbole représente la constante de Planck réduite; elle est égale à , où h est la constante
2π
de Planck.
0.2 Unités spéciales
1 eV est l’énergie cinétique obtenue par un électron sous l’effet d’une différence de potentiel de 1 V dans
le vide.
0.3 Grandeurs stochastiques et non stochastiques
Des différences entre les résultats obtenus lors d’observations répétées sont courantes en physique.
Elles peuvent être dues à des systèmes de mesure imparfaits ou au fait que de nombreux phénomènes
physiques sont sujets à des fluctuations intrinsèques. En dehors des problèmes de mécanique quantique,
on doit souvent faire la distinction entre une grandeur stochastique, dont les valeurs suivent une loi
de probabilité, et une grandeur non stochastique dont la valeur unique est l’espérance mathématique
d’une telle loi de probabilité. Dans de nombreux cas, la distinction n’est pas significative car la loi de
probabilité est très étroite. Par exemple, la mesure d’un courant électrique implique généralement
tellement d’électrons que les fluctuations contribuent de façon négligeable à l’inexactitude de la mesure.
Toutefois, lorsque l’on s’approche de la limite d’un courant électrique nul, les fluctuations peuvent
devenir manifestes. Ce cas nécessite bien sûr une procédure de mesure plus soigneuse, mais montre
surtout que l’importance des variations stochastiques d’une grandeur peut dépendre de la valeur de
la grandeur. Des considérations similaires s’appliquent aux rayonnements ionisants; les fluctuations
peuvent jouer un rôle important et, dans certains cas, doivent être prises en compte de manière
explicite. Des grandeurs stochastiques telles que l’énergie communiquée et l’énergie communiquée
massique (10-81.2), mais aussi le nombre de traversées de régions cibles microscopiques par une
particule et les lois de probabilité associées, ont été introduites car elles décrivent comment la nature
discontinue des rayonnements ionisants détermine des effets radiochimiques et radiobiologiques. Dans
les applications des rayonnements impliquant de grands nombres de particules ionisantes, par exemple
en médecine, en radioprotection et dans les essais et traitements des matériaux, ces fluctuations
sont représentées de façon adéquate par les espérances mathématiques des lois de probabilité. Les
«grandeurs non stochastiques», telles que la fluence de particules (10-43), la dose absorbée (10-81.1) et
le kerma (10-86.1) sont basées sur ces espérances mathématiques.
Le présent document contient des définitions basées sur un quotient différentiel du type dA/dB dans
lequel la grandeur A est de type stochastique, ce qui est une situation courante en métrologie des
rayonnements ionisants. Dans ces cas, la grandeur A est considérée comme l’espérance mathématique
ou la valeur moyenne pour laquelle l’élément ΔA se situe dans l’élément ΔB. Le quotient différentiel dA/
dB est la valeur limite du quotient de différences ΔA/ΔB pour ΔB → 0. Dans les remarques des définitions
appartenant à cette catégorie, il est fait référence au présent paragraphe.
NORME INTERNATIONALE ISO 80000-10:2019(F)
Grandeurs et unités —
Partie 10:
Physique atomique et nucléaire
1 Domaine d’application
Le présent document donne les noms, les symboles, les définitions et les unités des grandeurs utilisées
en physique atomique et nucléaire. Des facteurs de conversion sont également indiqués, s’il y a lieu.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Les noms, symboles et définitions des grandeurs et unités de physique atomique et nucléaire sont
donnés dans le Tableau 1.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ .
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
Tableau 1 — Grandeurs et unités utilisées en physique atomique et nucléaire
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-1.1 numéro atomique, m Z nombre de protons d’un noyau atomique 1 Un nucléide est une espèce d’atome ayant des
nombres spécifiés de protons et de neutrons.
nombre de protons, m
Les nucléides ayant la même valeur de Z mais
différentes valeurs de N sont appelés isotopes
d’un élément.
Le nombre ordinal d’un élément dans la
classification périodique est égal au numéro
atomique.
Le numéro atomique est égal au quotient de la
charge (IEC 80000-6) du noyau par la charge
élémentaire (ISO 80000-1).
10-1.2 nombre de neutrons, m N nombre de neutrons d’un noyau atomique 1 Les nucléides ayant la même valeur de N mais
différentes valeurs de Z sont appelés isotones.
N – Z est appelé excès de neutrons.
10-1.3 nombre de nucléons, m A nombre de nucléons d’un noyau atomique 1 A = Z + N
nombre de masse, m Les nucléides ayant la même valeur de A sont
appelés isobares.
10-2 masse au repos, f m(X) pour une particule X, masse (ISO 80000-4) de cette kg EXEMPLE
particule au repos dans un référentiel inertiel
masse propre, f m u m(H O) pour une molécule d’eau, m pour un
X 2 e
électron.
Da
La masse au repos est souvent notée m .
1 u est égal à 1/12 de la masse d’un atome
libre de carbone 12, au repos et dans son état
fondamental.
1 Da = 1 u
10-3 énergie au repos, f E énergie E (ISO 80000-5) d’une particule au repos: J
0 0
N m
Em= c
00 0
2 −2
kg m s
où
m est la masse au repos (10-2) de cette particule; et
c est la vitesse de la lumière dans le vide
(ISO 80000-1)
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-4.1 masse atomique, f m(X) masse au repos (10-2) d’un atome X dans l’état fon- kg
m X)
(
est appelé masse atomique relative.
damental
m
m u
u
X
1 u est égal à 1/12 de la masse d’un atome
Da
libre de carbone 12, au repos et dans son état
fondamental.
1 Da = 1 u
10-4.2 masse nucléidique, f m(X) masse au repos (10-2) d’un nucléide X dans l’état fon- kg 1 u est égal à 1/12 de la masse d’un atome
damental libre de carbone 12, au repos et dans son état
m u
X
fondamental.
Da
1 Da = 1 u
10-4.3 constante unifiée de m 1/12 de la masse (ISO 80000-4) d’un atome du kg 1 u est égal à 1/12 de la masse d’un atome
u
masse atomique, f nucléide C au repos dans l’état fondamental libre de carbone 12, au repos et dans son état
u
fondamental.
Da
1 Da = 1 u
10-5.1 charge élémentaire, f e l’une des constantes fondamentales du système SI C
(ISO 80000-1), égale à la charge du proton et opposée à
s A
la charge de l’électron
10-5.2 nombre de charge, m c pour une particule, quotient de la charge électrique 1 Une particule est dite neutre si son nombre de
(IEC 80000-6) par la charge élémentaire (ISO 80000-1) charge est égal à zéro.
charge ionique, f
Le nombre de charge d’une particule peut être
positif, négatif ou nul.
L’état de charge d’une particule peut être pré-
senté comme un exposant au symbole de cette
particule, par exemple:
+ ++ 3+ - -- 3-
H , He , Al , Cl , S , N .
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Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-6 rayon de Bohr, m a rayon (ISO 80000-3) de l’orbitale électronique dans m Le rayon de l’orbitale électronique dans
l’atome d’hydrogène dans son état fondamental dans le l’atome H dans son état fondamental est a
Å
modèle de Bohr de l’atome: dans le modèle de Bohr de l’atome.
−10
ångström (Å), 1 Å: = 10 m
4πε
a =
me
e
où
ε est la constante électrique (IEC 80000-6);
est la constante de Planck réduite (ISO 80000-1);
m est la masse au repos (10-2) de l’électron; et
e
e est la charge élémentaire (ISO 80000-1)
−1
10-7 constante de Rydberg, f R constante spectroscopique qui détermine les nombres m La grandeur R = R hc est appelée énergie de
∞ y ∞ 0
d’onde des raies dans le spectre de l’hydrogène: Rydberg.
e
R =
∞
8πε ahc
00 0
où
e est la charge élémentaire (ISO 80000-1);
ε est la constante électrique (IEC 80000-6);
a est le rayon de Bohr (10-6);
h est la constante de Planck (ISO 80000-1); et
c est la vitesse de la lumière dans le vide
(ISO 80000-1)
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-8 énergie de Hartree, f E énergie (ISO 80000-5) de l’électron dans un atome eV L’énergie de l’électron dans un atome H dans
H
d’hydrogène dans son état fondamental: J son état fondamental est E .
H
E
h 2 −2
kg m s
e
E =
H
4πε a
où
e est la charge élémentaire (ISO 80000-1);
ε est la constante électrique (IEC 80000-6); et
a est le rayon de Bohr (10-6)
10-9.1 moment magnétique, m μ pour une particule, grandeur vectorielle résultant en m A Pour un atome ou un noyau, cette énergie est
une variation de son énergie (ISO 80000-5) ΔW dans quantifiée et peut s’écrire:
un champ magnétique extérieur d’induction magné-
W = g μ M B
x
tique B (IEC 80000-6):
où
ΔW = −μ · B
g est le facteur g approprié (10-14.1 ou
10-14.2), μ est le magnéton de Bohr ou le
x
magnéton nucléaire (10-9.2 ou 10-9.3), M est
le nombre quantique magnétique (10-13.4) et
B est la norme de l’induction magnétique.
Voir également l’IEC 80000-6.
10-9.2 magnéton de Bohr, m μ norme du moment magnétique d’un électron dans un m A
B
état dont le nombre quantique du moment cinétique
orbital (10-13.3) est l=1 du fait de son mouvement
orbital:
e
μ =
B
2m
e
où
e est la charge élémentaire (ISO 80000-1);
est la constante de Planck réduite
(ISO 80000-1); et
m est la masse au repos (10-2) de l’électron
e
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Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-9.3 magnéton nucléaire, m μ norme du moment magnétique d’un noyau: m A L’indice N s’applique au noyau. Pour un
N
neutron, l’indice n est utilisé. Les moments
e
magnétiques des protons et des neutrons se
μ =
N
2m
différencient de cette grandeur par leurs fac-
p
teurs g spécifiques (10-14.2).
où
e est la charge élémentaire (ISO 80000-1);
est la constante de Planck réduite
(ISO 80000-1); et
m est la masse au repos (10-2) du proton
p
2 −1
10-10 spin, m s grandeur vectorielle exprimant le moment cinétique kg m s Le spin est une grandeur vectorielle additive.
(ISO 80000-4) interne d’une particule ou d’un système
de particules
10-11 moment cinétique J grandeur vectorielle (ISO 80000-2) dans un système J s En physique atomique et nucléaire, le moment
total, m quantique composée de la somme vectorielle du eV s cinétique orbital est généralement désigné
moment cinétique L (ISO 80000-4) et du spin s (10-10) par l ou L.
2 −1
kg m s
La norme de J est quantifiée de sorte que:
J =+ jj()1
où J est le nombre quantique du moment ciné-
tique total (10-13.6).
Le moment cinétique total et le moment
magnétique ont la même direction.
j n’est pas la norme du moment cinétique total
J mais le quotient de sa projection sur l’axe de
quantification par .
2 −1 2 −1 −1
10-12.1 coefficient gyromagné- γ constante de proportionnalité entre le moment magné- A m J 1 A·m /(J·s) = 1 A·s/kg = 1 T ·s
−1
tique, m tique et le moment cinétique total: s
En anglais, la désignation scientifique est
μ = γ J A s/kg «gyromagnetic coefficient», mais le terme
usuel est «gyromagnetic ratio».
−1
où kg s A
Le coefficient gyromagnétique du proton est
μ est le moment magnétique (10-9.1); et
désigné par γ .
p
J est le moment cinétique total (10-11)
Le coefficient gyromagnétique du neutron est
désigné par γ .
n
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
2 −1 2 −1 −1
10-12.2 coefficient gyromagné- γ constante de proportionnalité entre le moment magné- A m J 1 A·m /(J·s) = 1 A·s/kg = 1 T ·s
e
−1
tique de l’électron, m tique et le moment cinétique total de l’électron: s
μ = γ J A s/kg
e
−1
où kg s A
μ est le moment magnétique (10-9.1); et
J est le moment cinétique total (10-11)
10-13.1 nombre quantique, m N nombre décrivant un état particulier dans un système 1 Les états électroniques déterminent l’énergie
L quantique de liaison E = E(n,l,m,j,s,f ) dans un atome.
M
En règle générale, les lettres majuscules N,
j
L, M, J, S, F sont employées pour le système
s
complet.
F
La distribution de probabilité spatiale d’un
électron est donnée par │Ψ│ , où Ψ est sa fonc-
tion d’onde. Pour un électron dans un atome
H, avec une approximation non relativiste, la
fonction d’onde peut être représentée par:
m
ψ (rR,,ϑφ)(=⋅rY)(ϑφ,)
nl l
où
r ,,ϑφ sont les coordonnées sphériques
(ISO 80000-2) par rapport au noyau et à un
axe (de quantification) donné, Rr() est la
nl
m
fonction de distribution radiale et Y (,ϑφ)
l
sont les harmoniques sphériques.
Dans le modèle de Bohr des atomes à un élec-
tron, n, l et m définissent les orbites possibles
d’un électron autour du noyau.
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Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-13.2 nombre quantique prin- n nombre quantique d’un atome associé au nombre n−1 1 Dans le modèle de Bohr, n = 1,2,…,∞ est asso-
cipal, m de nœuds radiaux des fonctions d’onde à un électron cié à l’énergie de liaison d’un électron et au
rayon des orbites sphériques (axe principal
des orbites elliptiques).
Pour un électron dans un atome H, le rayon
semi-classique de son orbite est r = a n et
n 0
son énergie de liaison est E = E /n .
n H
10-13.3 nombre quantique l nombre quantique d’un atome associé au moment ciné- 1 2
l =− ll()1 , ln=−01,,, 1
du moment cinétique tique orbital l d’un état à un électron
l
i
où
orbital, m
nombre quantique L
l est le moment cinétique orbital et est la
orbital, m
constante de Planck réduite (ISO 80000-1).
S’il est fait référence à une particule spéci-
fique i, le symbole l est employé au lieu de l;
i
s’il est fait référence au système complet, le
symbole L est employé au lieu de l.
Un électron dans un atome H pour l = 0
apparaît comme un nuage sphérique. Dans
le modèle de Bohr, l est associé à la forme de
l’orbite.
10-13.4 nombre quantique m nombre quantique d’un atome associé à la composante 1 lm= , jm= et sm= , avec respecti-
zl zj zs
magnétique, m l , j ou s du moment cinétique orbital, total ou de spin
z z z
vement des étendues de −l à l, de −j à j, et ±1/2.
m
i
sur l’axe z
M m correspond à une particule sphérique i. M
i
est employé pour le système complet.
Les indices l, s, j, etc., peuvent, si nécessaire,
être ajoutés pour indiquer le moment ciné-
tique considéré.
est la constante de Planck réduite
(ISO 80000-1).
10-13.5 nombre quantique du s nombre quantique caractéristique d’une particule s 1 Les nombres quantiques de spin des fermions
spin, m associé à son spin (10-10), s: sont des multiples impairs de 1/2, et ceux des
bosons sont des entiers.
s =+ ss()1
où est la constante de Planck réduite (ISO 80000-1)
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-13.6 nombre quantique j nombre quantique d’un atome décrivant la norme du 1 j correspond à une particule spécifique i; J est
i
du moment cinétique moment cinétique total J (10-11) employé pour le système complet.
j
i
total, m
Le nombre quantique J et la norme du moment
J
cinétique total J (10-11) sont des grandeurs
différentes.
Les deux valeurs de j sont l±1/2. (Voir 10-13.3.)
10-13.7 nombre quantique de I nombre quantique associé au moment cinétique total 1 Le spin nucléaire est composé des spins des
spin nucléaire, m (10-11), J, d’un noyau dans tout état spécifié, générale- nucléons (protons et neutrons) et de leurs
ment appelé spin nucléaire: mouvements (orbitaux).
En principe, le nombre quantique de spin
J =+ II()1
nucléaire n’a pas de limite supérieure. Ses
où est la constante de Planck réduite (ISO 80000-1)
valeurs peuvent être I = 0,1,2,… pour A pair et
1 3
I= ,, pour A impair.
2 2
En physique nucléaire et particulaire, J est
souvent utilisé.
10-13.8 nombre quantique de F nombre quantique d’un atome décrivant l’inclinaison 1 L’étendue de F est │I−J│, │I−J│+1, ., I−J.
structure hyperfine, m du spin nucléaire par rapport à un axe de quantifica-
Cela est associé à la séparation hyperfine
tion donné par le champ magnétique produit par les
des niveaux d’énergie de l’atome du fait de
électrons orbitaux
l’interaction entre les moments magnétiques
électronique et nucléaire.
10-14.1 facteur de Landé d’un g quotient de la norme du moment magnétique d’un 1 Ces grandeurs sont aussi appelées valeurs g.
atome, m atome par le produit du nombre quantique du moment
Le facteur de Landé peut être calculé à partir
cinétique total et du magnéton de Bohr:
facteur g d’un atome, m de l’expression:
μ
g= gL,,SJ =+11g −
() ()
e
J⋅μ
B
JJ()+11++SS()−+LL()1
où
×
21JJ()+
μ est la norme du moment magnétique (10-9.1);
où g est le facteur g de l’électron.
e
J est le nombre quantique du moment cinétique
total (10-13.6); et
μ est le magnéton de Bohr (10-9.2)
B
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Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-14.2 facteur g d’un noyau g quotient de la norme du moment magnétique d’un 1 Les facteurs g des noyaux ou des nucléons
ou d’une particule atome par le produit du nombre quantique de spin sont déterminés par des mesures.
nucléaire, m nucléaire et du magnéton de Bohr:
μ
g=
I⋅μ
N
où
μ est la norme du moment magnétique (10-9.1);
I est le nombre quantique de spin nucléaire
(10-13.7); et
μ est le magnéton nucléaire (10-9.3)
N
−1
10-15.1 pulsation de Larmor, f ω pulsation (ISO 80000-3) de précession du vecteur rad s
L
moment cinétique (ISO 80000-4) d’un électron autour
−1
s
de l’axe d’un champ magnétique externe:
e
ω = B
L
2m
e
où
e est la charge élémentaire (ISO 80000-1);
m est la masse au repos (10-2) de l’électron; et
e
B est l’induction magnétique (IEC 80000-6)
−1
10-15.2 fréquence de Larmor, f ν quotient de la pulsation (ISO 80000-3) de Larmor par s
L
2π
−1
10-15.3 pulsation de précession ω pulsation (ISO 80000-3) de précession du vecteur rad s
N
nucléaire de Larmor, f moment cinétique (ISO 80000-4) d’un noyau autour de
−1
s
l’axe d’un champ magnétique externe:
ω = γ B
N
où
γ est le coefficient gyromagnétique (10-12.1); et
B est l’induction magnétique (IEC 80000-6)
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
−1
10-16 pulsation cyclotron, f ω quotient du produit de la charge électrique d’une rad s La grandeur v = ω /2π est appelée fréquence
c c c
particule et de la norme de l’induction magnétique du cyclotron.
−1
s
champ magnétique par la masse de la particule:
q
ω = B
c
m
où
q est la charge électrique (IEC 80000-6) de
la particule;
m est la masse (ISO 80000-4) de la particule; et
B est la norme de l’induction magnétique
(IEC 80000-6)
10-17 rayon de giration, m r rayon (ISO 80000-3) du mouvement circulaire d’une m
g
particule ayant une masse m (ISO 80000-4), une
rayon de Larmor, m r
L
vitesse v (ISO 80000-3) et une charge électrique q
(IEC 80000-6), se déplaçant dans un champ magné-
tique d’induction magnétique B (IEC 80000-6):
mvB×
r =
g
qB
10-18 moment quadripolaire Q composante z du tenseur diagonalisé du moment qua- m Le moment quadripolaire nucléaire élec-
nucléaire, m dripolaire nucléaire: trique est eQ.
22 Cette valeur est égale à la composante z du
Q= ()3zr− ρ(,xy ,)zV d
()
∫
e
tenseur diagonalisé du moment quadripolaire.
dans l’état quantique où le spin nucléaire est dans la
direction du champ (z), où
e est la charge élémentaire (ISO 80000-1);
2 2 2 2
r = x + y + z ;
ρ(x,y,z) est la charge électrique volumique
(IEC 80000-6) nucléaire; et
dV est l’élément de volume dx dy dz
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Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-19.1 rayon nucléaire, m R rayon (ISO 80000-3) conventionnel de la sphère dans m Cette grandeur n’est pas exactement définie.
laquelle la matière nucléaire est incluse Pour les noyaux dans leur état fondamental,
elle est donnée approximativement par:
13/
Rr= A
où
−15
r ≈×12, 10 m, et A est le nombre de
nucléons (10-1.3).
Le rayon nucléaire est habituellement exprimé
−15
en femtomètres, 1 fm = 10 m.
10-19.2 rayon de l’électron, m r rayon d’une sphère telle que l’énergie relativiste de m Cette grandeur correspond à l’énergie
e
l’électron soit répartie uniformément: électrostatique E d’une charge répartie dans
une sphère de rayon r comme si toute
e
e
l’énergie au repos (10-3) de l’électron était
r =
e
affectée à l’énergie d’origine électromagné-
4πε mc
0 e 0
tique, en utilisant la relation Em= c .
où
e 0
e est la charge élémentaire (ISO 80000-1);
ε est la constante électrique (IEC 80000-6);
m est la masse au repos (10-2) de l’électron; et
e
c est la vitesse de la lumière dans le vide
(ISO 80000-1)
10-20 longueur d’onde de λ quotient de la constante de Planck par le produit de m La longueur d’onde du rayonnement électro-
C
Compton, f la masse de la particule et de la vitesse de la lumière magnétique diffusé par les électrons libres
dans le vide: (diffusion de Compton) est plus grande que
celle du rayonnement incident par 2λ au
C
h
maximum.
λ =
C
mc
où
h est la constante de Planck (ISO 80000-1);
m est la masse au repos (10-2) d’une particule; et
c est la vitesse de la lumière dans le vide
o
(ISO 80000-1)
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-21.1 excès de masse, m Δ différence entre la masse d’un atome et le produit de kg L’excès de masse est généralement exprimé en
son nombre de masse et de la constante unifiée de daltons, 1 Da = 1 u.
Da
masse atomique:
Voir 10-2.
u
Δ = m − A · m
a u
où
m est la masse au repos (10-2) de l’atome;
a
A est son nombre de nucléons (10-1.3); et
m est la constante unifiée de masse atomique
u
(10-4.3)
10-21.2 défaut de masse, m B somme du produit du nombre de protons et de la kg L’excès de masse est généralement exprimé en
masse atomique de l’hydrogène, et de la masse au daltons, 1 Da = 1 u.
Da
repos des neutrons, diminuée de la masse au repos de
Si l’on néglige l’énergie de liaison des
l’atome: u
électrons orbitaux, Bc est égal à l’énergie de
o
B = Z m( H) + N m − m
n a
liaison du noyau.
où
Z est le nombre de protons (10-1.1) de l’atome;
1 1
m( H) est la masse atomique (10-4.1) de H;
N est le nombre de neutrons (10-1.2);
m est la masse au repos (10-2) du neutron; et
n
m est la masse au repos (10-2) de l’atome
a
10-22.1 excès de masse relatif, m Δ quotient de l’excès de masse par la constante unifiée 1
r
de masse atomique:
Δ = Δ/m
r u
où
Δ est l’excès de masse (10-21.1); et
m est la constante unifiée de masse atomique
u
(10-4.3)
14 © ISO 2019 – Tous droits réservés
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-22.2 défaut de masse relatif, B quotient du défaut de masse par la constante unifiée 1
r
m de masse atomique:
B = B/m
r u
où
B est le défaut de masse (10-21.2); et
m est la constante unifiée de masse atomique
u
(10-4.3)
10-23.1 facteur de tassement, m f quotient de l’excès de masse relatif par le nombre de 1
nucléons:
f = Δ /A
r
où
Δ est l’excès de masse relatif (10-22.1); et
r
A est le nombre de nucléons (10-1.3)
10-23.2 facteur de liaison, m b quotient du défaut de masse relatif par le nombre de 1
nucléons:
b = B /A
r
où
B est le défaut de masse relatif (10-22.2); et
r
A est le nombre de nucléons (10-1.3)
−1
10-24 constante de désinté- λ quotient de –dN/N par dt, où dN/N est la variation s Cette grandeur est constante pour une
gration, f moyenne relative du nombre de noyaux dans un état décroissance exponentielle.
d’énergie particulier due à des transformations spon-
constante de décrois-
Pour plus d’une voie de décroissance, λλ=
tanées dans un intervalle de durée (ISO 80000-3) dt: ∑ a
sance, f
où λ est la constante de décroissance pour un
a
1 dN
λ=− état final spécifié, la somme étant étendue à
N dt
tous les états finaux.
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-25 durée de vie moyenne, f τ inverse de la constante de désintégration λ (10-24): s La durée de vie moyenne est l’espérance ma-
thématique de la durée de vie d’une particule
vie moyenne, f
instable ou d’un état excité d’une particule
τ=
λ
lorsque le nombre d’événements de désinté-
gration dans un court intervalle de temps suit
nucléaire>
la loi de Poisson.
10-26 largeur de niveau, f Γ quotient de la constante de Planck réduite par la vie eV La largeur de niveau est l’incertitude de l’éner-
moyenne: gie d’une particule instable ou d’un système
J
considéré dans un état excité du fait du prin-
2 −2
cipe de Heisenberg.
kg m s
Γ =
τ
Le terme «niveau d’énergie» fait référence à
où
la configuration de la fonction de distribution
est la constante de Planck réduite (ISO 80000-1); et
de la densité des états. Les niveaux d’énergie
peuvent être considérés comme discrets,
τ est la durée de vie moyenne (10-25)
comme ceux d’un atome, ou peuvent avoir une
largeur finie comme, par exemple, cet «item»
ou comme, par exemple, la bande de valence
ou de conduction en physique de l’état solide.
Les niveaux d’énergie sont applicables aux
particules réelles et virtuelles, par exemple
les électrons et les phonons respectivement.
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Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-27 activité, f A quotient différentiel de N par rapport au temps, où N Bq Pour une décroissance exponentielle, A = λN,
est la variation moyenne du nombre de noyaux dans où λ est la constante de désintégration (10-24).
−1
s
un état d’énergie particulier due à des transformations
Le becquerel (Bq) est un nom spécial pour
nucléaires spontanées dans un intervalle de temps de
la seconde à la puissance moins un, à utiliser
durée (ISO 80000-3) dt:
comme unité SI cohérente d’activité.
dN
Le rapport 85a de l’ICRU, donne une définition
A=−
dt
ayant une signification équivalente: L’activité,
A, d’une quantité d’un radionucléide dans un
état d’énergie particulier à un instant donné
est le quotient de -dN par dt, où dN est la
variation moyenne du nombre de noyaux dans
cet état d’énergie due à des transformations
nucléaires spontanées dans l’intervalle de
temps dt:
dN
A=− .
dt
Voir aussi 0.3.
10-28 activité massique, f a quotient de l’activité A (10-27) d’un échantillon par la Bq/kg
masse m (ISO 80000-4) de cet échantillon:
−1 −1
kg s
a = A/m
10-29 activité volumique, f c quotient de l’activité A (10-27) d’un échantillon par le Bq/m
A
volume V (ISO 80000-3) de cet échantillon:
−3 −1
m s
c = A/V
A
10-30 activité surfacique, f a quotient de l’activité A (10-27) d’un échantillon par l’aire Bq/m Cette grandeur est habituellement définie pour
S
(ISO 80000-3) totale S de la surface de cet échantillon: des sources planes, où S correspond à l’aire
−2 −1
m s
totale de la surface d’un côté de la source.
a = A/S
S
10-31 période radioactive, f T durée (ISO 80000-3) moyenne nécessaire pour la s Pour une décroissance exponentielle,
1/2
désintégration de la moitié des atomes ou des noyaux T = (ln2)/λ, où λ est la constante de désinté-
1/2
gration (10-24).
10-32 énergie de désintégra- Q somme de l’énergie cinétique (ISO 80000-4) de la eV L’énergie de désintégration alpha dans l’état
α
tion alpha, f particule α produite dans le processus de désintégra- fondamental, Q , comprend aussi l’énergie
α,0
J
tion et de l’énergie (ISO 80000-5) de recul de l’atome de toutes les transitions nucléaires survenant
2 −2
produit, dans un système de référence dans lequel le dans les produits de filiation.
kg m s
noyau émetteur est au repos avant sa désintégration
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-33 énergie bêta maximale, f E énergie (ISO 80000-4) cinétique maximale de la eV L’énergie cinétique maximale correspond à la
β
particule bêta émise produite dans le processus de plus haute énergie du spectre bêta.
J
désintégration nucléaire
2 −2
kg m s
10-34 énergie de désintégra- Q somme de l’énergie bêta maximale (10-33) et de l’éner- eV Pour les émetteurs de positons, l’énergie de
β
tion bêta, f gie (ISO 80000-5) de recul de l’atome produit, dans un production du rayonnement d’annihilation
J
système de référence dans lequel le noyau émetteur créé dans la combinaison d’un électron avec le
2 −2
est au repos avant sa désintégration kg m s positon fait partie de l’énergie de désintégra-
tion bêta.
L’énergie de désintégration bêta dans l’état
fondamental, Q , comprend aussi l’énergie
β,0
de toutes les transitions nucléaires survenant
dans les produits de filiation.
10-35 facteur de conversion α quotient du nombre d’électrons de conversion interne 1 La grandeur α/(α+1) est aussi employée et
interne, m par le nombre de photons gamma émis par l’atome peut être appelée fraction de conversion
radioactif au cours d’une transition donnée, un élec- interne.
tron de conversion représentant un électron orbital
Les facteurs de conversion partielle corres-
émis par la désintégration radioactive
pondant aux différentes couches électro-
niques K, L. sont indiqués par α , α , ….
K L
α /α est appelé rapport de conversion
K L
interne de K à L.
10-36 débit d’émission de quotient différentiel de N par rapport au temps, où N 1 En général, le type de particules est spécifié,
N
particules, m est le nombre de particules émises par un élément de par exemple taux d’émission de neutrons ou
volume infinitésimalement petit dans l’intervalle de débit d’émission de particules alpha.
temps de durée (ISO 80000-3) dt:
dN
N=
dt
10-37.1 énergie de réaction, f Q dans une réaction nucléaire, différence entre la somme eV Pour les réactions nucléaires exother-
des énergies cinétiques (ISO 80000-4) et des énergies miques, Q > 0.
J
(ISO 80000-5) photoniques des produits de la réaction,
Pour les réactions nucléaires endother-
2 −2
et la somme des énergies cinétiques et photoniques des kg m s
miques, Q < 0.
particules réagissantes
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Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-37.2 énergie de résonance, f E énergie cinétique (ISO 80000-4), dans le système de eV L’énergie de résonance correspond à la diffé-
r
référence de la cible, d’une particule incidente qui cor- rence entre les niveaux d’énergie concernés
E J
res
respond à une résonance dans une réaction nucléaire du noyau.
2 −2
kg m s
10-38.1 section efficace, f
sique atomique> un processus spécifié produit par des particules inci- indice, par exemple section efficace d’absorp-
b
dentes chargées ou non chargées de type et d’énergie tion σ , section efficace de diffusion σ , section
a s
donnés, quotient du nombre moyen de telles réactions efficace de fission σ .
f
ou de tels processus par la fluence des particules inci-
−28 2
1 barn (b) = 10 m
dentes (10-43)
10-38.2 section efficace totale, f σ somme de toutes les sections efficaces (10-38.1) m Dans le cas d’un faisceau parallèle mince de
tot
correspondant aux différentes réactions ou proces- particules incidentes, il s’agit de la section
σ b
T
sus entre une particule incidente de type et d’énergie efficace correspondant à l’élimination d’une
(ISO 80000-5) spécifiés et une entité cible particule incidente du faisceau. Voir les
Remarques en 10-52.
−28 2
1 barn (b) = 10 m
2 −1
10-39 distribution direc- σ quotient différentiel de σ par rapport à Ω, où σ est m sr Les grandeurs indiquées en 10-39, 10-40 et
Ω
tionnelle de la section la section efficace (10-38.1) pour l’émission ou la 10-41 sont parfois appelées sections efficaces
m
efficace, f
atomique> et Ω est l’angle solide (ISO 80000-3) autour de cette
Le type d’interaction doit être spécifié.
direction:
σ = dσ/dΩ
Ω
10-40 distribution énergé- σ quotient différentiel de σ par rapport à l’énergie, où m /J
E
tique de la section σ est la section efficace (10-38.1) pour un processus
−1 2
kg s
efficace, f
atomique> émise ou diffusée est comprise entre E et E+dE:
σ = dσ/dE
E
10-41 distribution direction- σ quotient différentiel partiel de σ par rapport à l’angle m /(J sr)
Ω,E
nelle et énergétique solide et à l’énergie, où σ est la section efficace (10-
−1 2
kg s
de la section efficace, f 38.1) pour l’émission ou la diffusion d’une particule
dans un angle solide dΩ autour d’une direction spéci-
fiée et avec une énergie comprise entre E et E+dE:
∂ σ
σ =
Ω ,E
∂∂Ω E
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
−1
10-42.1 section efficace volu- Σ produit du nombre volumique n des atomes et de m Lorsque les particules cibles du milieu sont au
a
mique, f la section efficace (10-38.1) σ pour un type donné repos, Σ = 1/l, où l est le libre parcours moyen
a
d’atomes: (10-71).
section efficace macros-
copique, f Σ = n σ
a a
−1
10-42.2 section efficace totale Σ produit du nombre volumique n des atomes et de m Voir les Remarques en 10-49.
tot a
volumique, f la section efficace (10-38.1) σ pour un type donné
tot
Σ
T
d’atomes:
section efficace totale
Σ = n σ
macroscopique, f
tot a tot
-2
10-43 fluence de particules, f Φ quotient différentiel de N par rapport à a, où N est le m Le terme «particule» est habituellement rem-
nombre de particules incidentes sur une sphère ayant placé par le nom d’une particule spécifique,
une aire de section efficace a (10-38.1): par exemple fluence de protons.
Lorsqu’une aire plane de dimension dA est
dN
Φ=
traversée perpendiculairement par un
da
nombre dN de particules, la fluence de
dN
particules correspondante est Φ= .
dA
Pour une surface plane d’aire dA traversée
selon un angle α par rapport à la normale à
la surface par un nombre dN de particules, la
fluence de particules est:
dN
Φ= .
cos(α)dA
Le rapport 85a de l’ICRU, donne une définition
ayant une signification équivalente:
La fluence, Φ , est le quotient de dN par da, où
dN est le nombre de particules incidentes sur
une sphère ayant une aire de grand cercle da:
dN
Φ= .
da
Voir aussi 0.3.
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Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
−2 −1
quotient différentiel de la fluence Φ (10-43) par
10-44 débit de fluence de par- m s Le terme «particule» est habituellement rem-
Φ
rapport au temps (ISO 80000-3):
ticules, m placé par le nom d’une particule spécifique,
par exemple débit de fluence de protons.
dΦ
Φ=
Les fonctions de distribution par rapport à
dt
la vitesse et à l’énergie, Φ et Φ , sont
v E
reliées par:
ΦΦ==ddvEΦ .
vE
∫ ∫
En anglais, cette grandeur a également été ap-
pelée «particle flux density». Étant donné que
le terme «density» a plusieurs connotations,
le terme «fluence rate» est préférable. Pour un
champ de rayonnement composé de particules
de vitesse v, le débit de fluence est égal à n·v,
où n est le nombre volumique de particules.
Voir les Remarques en 10-43.
Le rapport 85a de l’ICRU, donne une définition
ayant une signification équivalente:
Le débit de fluence, Φ , est le quotient de dΦ
par dt, où dΦ est l’incrément de la fluence
dans l’intervalle de temps dt:
dΦ
Φ= .
dt
Voir aussi 0.3.
Tableau 1 (suite)
N° Grandeur Unité Remarques
Nom Symbole Définition
10-45 énergie rayonnante, f R énergie (ISO 80000-5) moyenne, à l’exclusion de l’éner- eV Pour des particules d’énergie E (à l’exclusion
J
sants> ou reçues est égale au produit N·E où N est le nombre de
2 −2
...
Frequently Asked Questions
ISO 80000-10:2019 is a standard published by the International Electrotechnical Commission (IEC). Its full title is "Quantities and units - Part 10: Atomic and nuclear physics". This standard covers: This document gives names, symbols, definitions and units for quantities used in atomic and nuclear physics. Where appropriate, conversion factors are also given.
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ISO 80000-10:2019 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 01.060 - Quantities and units; 29.120.50 - Fuses and other overcurrent protection devices. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 80000-10:2019 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO 80000-10:2019/AMD1:2025, ISO 80000-10:2009. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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