Eléments de Physique Nucléaire.

Format:

Book

Author/Creator:

Diop, Cheikh Mbacké.

Contributor:

Jouanne, Cédric.

Series:

Génie Atomique Series

Language:

French

Physical Description:

1 online resource (946 pages)

Edition:

1st ed.

Place of Publication:

Les Ulis : EDP Sciences, 2024.

Summary:

Cet ouvrage présente les éléments de base de la physique nucléaire : la structure du noyau atomique et ses propriétés physiques, les phénomènes radioactifs et leurs spécificités radiatives, les réactions nucléaires dans leur diversité. Les notions afférentes introduites (énergie de liaison, constante de désintégration radioactive, sections efficaces, etc.) sont communes à plusieurs domaines d’application : installations nucléaires de recherche ou productrices d’énergie, médecine nucléaire, archéométrie, spatial, applications industrielles diverses hors énergie nucléaire, etc.L’ouvrage s’adresse en particulier aux étudiant.e.s d’écoles d’ingénieurs et de master, en cursus de spécialisation axé sur la production d’énergie par des systèmes nucléaires. Cela justifie sa publication dans la Collection Génie Atomique de l’INSTN. Il peut cependant tout autant intéresser des personnes suivant d’autres types de formations nucléaires académiques ou encore du secteur industriel.Le contexte de la physique des réacteurs nucléaires explique la place importante accordée aux réactions nucléaires induites par les neutrons dans la matière, dans une gamme d’énergie allant jusqu’à vingt méga électronvolts (20 MeV). La diversité des rayonnements engendrés est également prise en considération : les interactions des photons et des particules chargées - électrons, positons, protons, particules alpha - avec la matière sont abordées. Enfin, ce manuel montre le lien qui est établi entre les données nucléaires et atomiques produites et rassemblées dans des bases de données par des physiciens évaluateurs et leur utilisation dans les logiciels de simulation de la propagation des rayonnements dans la matière ainsi que de la modification au cours du temps de la composition isotopique d’un milieu soumis à l’irradiation neutronique.

Contents:

Intro

Éléments de physique nucléaire

Table des matières

Avant-propos

Descriptif général du cours

Chapitre 1 - La physique nucléaire dans le contexte de la physique des réacteurs nucléaires

1. Les échelles d'énergie, de distance et de temps

2. Grandeurs physiques d'intérêt, équations maîtresses, phénomènes physiques et données nucléaires

2.1. Le flux de particules et ses grandeurs dérivées

2.2. La concentration des nucléides et ses grandeurs dérivées

Chapitre 2 - Quelques faits expérimentaux

1. Les expériences de diffusion

2. La découverte du neutron

3. La radioactivité

Chapitre 3 - Le noyau atomique - Définitions et concepts fondamentaux

1. Les constituants du noyau de l'atome

1.1 Nucléides naturels stables

1.2 Nucléides naturels instables

1.3 Éléments et nucléides artificiels instables

1.4 Les différents types de nucléides

1.5 Abondance isotopique

1.6 Classification des nucléides en physique des réacteurs nucléaires

2. Dimension, charge et masse du noyau atomique

2.1 Dimension et charge du noyau atomique

2.2 L'unité de masse atomique unifiée, la masse atomique, la masse nucléaire

2.3 Calcul du nombre de nucléides d'un type donné par unité de volume

2.4 Calcul du nombre de nucléides d'un type donné par unité de volume d'un mélange

3. Défaut de masse, excès de masse, énergie de liaison - Stabilité du noyau atomique

3.1 Défaut de masse

3.2 Excès de masse

3.3 Énergie de liaison

3.4 Expression de l'énergie de liaison en fonction de l'excès de masse

3.5 Expression de l'énergie de séparation d'un neutron du reste du noyau atomique

3.6 Importance de la connaissance de l'énergie de liaison des noyaux atomiques dans le domaine de la physique des réacteurs

4. L'interaction nucléaire forte

4.1 Interaction forte et force nucléaire.

4.2 Quelques caractéristiques de l'interaction nucléaire forte

Annexe I : détermination des « constantes de couplage » des interactions fondamentales

Chpitre 4 - La structure du noyau atomique

1. Le modèle de la goutte liquide

1.1. La formule semi-empirique de la masse d'un nucléide

1.2. Série isobarique

1.3. Détermination des coefficients de la formule de Bethe-Weizsäcker

1.4. Énergie de séparation d'un nucléon et surstabilité du noyau atomique

2. Le modèle en couches

3. Le modèle du gaz de Fermi

4. Moments nucléaires électriques et magnétiques

Annexe I : raffinements des modèles nucléaires

3. Approches de champ moyen

4. Effets collectifs et appariements

5. Déformation du noyau atomique

Annexe II : quelques rappels de mécanique quantique

1. Comportement corpusculaire et ondulatoire des particules

2. Dualité onde-corpuscule

3. Quantification des grandeurs physiques

4. Principe de correspondance

5. L'équation de Schrödinger

6. Description quantique d'une particule par un paquet d'ondes - Relation d'incertitude d'Heisenberg

7. Résolution de l'équation de Schrödinger dans le cas d'un potentiel central - Mise en évidence des nombres quantiques

8. Invariance, symétries et lois de conservation - Notion de parité de la fonction d'onde

Annexe III : détermination de l'énergie potentielle coulombienne dans le noyau atomique

Chapitre 5 - Radioactivité et stabilité du noyauatomique

1. Grandeurs physiques caractéristiques de la radioactivité - Loi de décroissance radioactive

1.1 Constante de désintégration radioactive - Activité d'un radionucléide

1.2. Période

1.3. Vie moyenne

1.4. Rapport de branchement

2. La radioactivité alpha (α)

2.1 Mécanisme d'émission de particules α

2.2. La loi de Geiger-Nuttall.

2.3 La formule de Viola-Seaborg

2.4 Aspects énergétiques de l'émission α

2.5 Limite de stabilité pour l'émission α

3. La fission spontanée

4. La radioactivité bêta (β)

4.1 Cas de la désintégration « bêta moins » (β-)

4.2 Cas de la désintégration « bêta plus » (β+)

4.3 Cas particuliers de désintégrations bêta

4.4 Types de transitions bêta

4.5 Spectre d'émission bêta

4.6 Constante de désintégration β

5. La capture électronique

6. L'émission gamma (γ)

6.1 Types de transition gamma

6.2 Durées de vie des états excités

6.3 Transitions isomériques

7. La conversion interne

8. Émission de neutrons

9. Paraboles de masse, stabilité du noyau atomique

10. Radioactivité : Problème à deux corps et notion d'équilibre radioactif

Annexe I : la fonction de Fermi

Annexe II : résolution des équations générales de Bateman

Annexe III : résolution des équations de Bateman généralisées

Annexe IV : résolution des équations générales de Bateman dans une configuration hétérogène de deux milieux physiques radioactifs adjacents en interaction

Chapitre 6 - Les réactions nucléaires

1. Réactions nucléaires et échelle des temps réactionnels

2. Les réactions nucléaires induites par les neutrons

3. Autres types de réactions nucléaires

3.1. Les réactions de spallation

3.2. Les réactions directes et réactions profondément inélastiques

3.3. Les réactions de fusion thermonucléaire

3.4. Les réactions photonucléaires

3.5. Les réactions nucléaires induites par des particules chargées

Annexe I : réactions nucléaires d'intérêt induites par des neutrons dans des structures d'installations nucléaires

Chapitre 7 - Énergétique des réactions nucléaires

1. Énergie disponible

2. Relations cinématiques générales.

2.1. Calcul de l'énergie des particules émises après collision dans le référentiel du laboratoire

2.2. Référentiels du laboratoire et du centre de masse

3. L'énergie de seuil

3.1. L'énergie de seuil dans le référentiel du centre de masse

3.2. L'énergie de seuil dans le référentiel du laboratoire

3.3. L'énergie de seuil effective

4. Les relations cinématiques dans le cas de la diffusion élastique et inélastique discrète des neutrons

Annexe I : rappel sur la définition de l'angle solide

Annexe II : cinématique d'une réaction à deux corps avec productiond'une particule légère et d'une particule lourde

1. Énergies cinétiques des particules produites dans le référentiel du laboratoire en fonction de l'angle de déviation dans le référentiel du centre de masse

2. Énergies cinétiques des particules produites dans le référentiel du laboratoire en fonction de l'angle de déviation dans le référentiel du laboratoire

3. Relation entre les cosinus des angles de déviation dans les référentiels du laboratoire et du centre de masse

4. Détermination de l'énergie de seuil dans le référentiel du laboratoire à partir de l'énergie de seuil définie dans le référentiel du centre de masse

Annexe III : calcul de l'énergie déposée dans la matière lors d'uneréaction nucléaire

1. Cas des diffusions élastique et inélastique

2. Cas de la production de photons

3. Cas des réactions productrices de particules chargées

4. Cas des réactions productrices de neutrons (n,2n), (n,xn)

Chapitre 8 - Les sections efficaces des réactions nucléaires induites par les neutrons

1. Notion de section efficace microscopique de diffusion - Approche géométrique et corpusculaire

1.1. Section efficace scalaire

1.2. Section efficace de diffusion simplement différentielle en angle dans le référentiel du centre de masse.

1.3. Section efficace de diffusion doublement différentielle en angle dans le référentiel du centre de masse

1.4. Section efficace de diffusion différentielle en angle dans le référentiel du laboratoire

1.5. Section efficace différentielle en énergie - Loi de transfert énergétique dans le référentiel du laboratoire

1.6. La fraction d'énergie perdue par choc

1.7. Introduction de la variable « léthargie »

2. Approche ondulatoire

2.1. Forme de la fonction d'onde diffusée

2.2. Expression de la section efficace de diffusion élastique différentielle en angle

2.3. Expression de la section efficace de diffusion scalaire

2.4. Longueur de diffusion

2.5. Relation entre moment angulaire orbital et paramètre d'impact : approche semi-classique

2.6. Synthèse des différentes sections efficaces différentielles

2.7. Sections efficaces partielles et sections efficaces totales microscopiques d'interaction des neutrons

3. Sections efficaces macroscopiques

3.1. Définitions

3.2. Interprétation probabiliste de la section efficace macroscopique - Libres parcours moyens

4. Typologie des sections efficaces

5. Le modèle du noyau composé

6. Section efficace d'une résonance isolée

6.1. Expression de la section efficace de formation du noyau composé

6.2. Compléments sur les paramètres de résonance

7. Cas des résonances du domaine d'énergie « non résolu »

8. Fonction densité ou fonction force (strength function)

9. Espacement moyen des résonances et loi de distribution de l'espacement en énergie entre résonances

9.1. La densité des niveaux d'énergie du noyau composé

9.2. La loi de Wigner d'espacement des niveaux d'énergie

10. La distribution de probabilité des « largeurs neutroniques réduites »

11. Le formalisme de la « matrice R » et les formalismes dérivés

12. Résonance négative.

13. Réactions nucléaires inverses et relation de réciprocité.

Notes:

Description based on publisher supplied metadata and other sources.

ISBN:

9782759831517

2759831515

OCLC:

1428258878