Physique Nucléaire - 6H PDF

PHYSIQUE NUCLÉAIRE - 6H 1. ENERGIE 2. CONSTITUTION DU NOYAU 3. FORCE NUCLÉAIRE 4. NUCLÉIDES 5. INSTABILITÉ DES NOYAUX 6. RADIOACTIVITÉ DES NOYAUX : α, β, γ 7. DÉCROISSANCE CHAPITRE I: ENERGIE 1. ÉNERGIE ET STAB...

PHYSIQUE NUCLÉAIRE - 6H 1. ENERGIE 2. CONSTITUTION DU NOYAU 3. FORCE NUCLÉAIRE 4. NUCLÉIDES 5. INSTABILITÉ DES NOYAUX 6. RADIOACTIVITÉ DES NOYAUX : α, β, γ 7. DÉCROISSANCE CHAPITRE I: ENERGIE 1. ÉNERGIE ET STABILITÉ 1.1 - Trois principes en physique nucléaire Tout système cherche à avoir un état d’énergie interne minimum ( minimum d’excitation interne = stable). Si l’énergie interne n’est pas minimal, le système est instable et cherche à se stabiliser. L'énergie interne (potentielle) deviendra alors de l'énergie cinétique. Dans les phénomènes d’intégration ou de désintégration, elles se transforment l’une en l’autre. Un noyau atomique radioactif instable se désintègre par émission de rayonnement, vers un état d'énergie potentielle plus basse (plus stable). La fraction d'énergie potentielle perdue par le noyau est transformée en énergie cinétique des particules émises. le “joule” (unité de physique et mécanique) n’est pas pratique pour mesurer de très faibles énergie courantes en physique des particules de basse énergie. En physique nucléaire, l’unité utilisée pour la mesure des énergies est l’électron-volt (eV). Le volt est la différence de potentiel électrique absorbant ou fournissant un joule de travail lorsqu’elle est traversée par une charge électrique d'un coulomb. De même, une différence du potentiel de 1 volt induit un travail de 1 électron-volt sur une charge de 1,602 x 10^9 coulomb, la charge électrique unitaire du proton et de l’électron. c’est l’énergie que l'électron doit avoir pour passer de 0 volt à un potentiel de 1 volt. 1 électron volte (eV) = à 1,602 x 10^-9 joule. en coulomb (charge de l'électron) 1 kelvin électron Volte énergie = passe de 0 électron volt à 1 000 électron volt 1 méga électron volte nrj = passe de 0 electron volt à 1 millions d'électron volt Le potentiel d’un électron est de passer 0 à 150 mille électron volt d’NRJ E= mc² = l’NRj peut se transformer en masse (m=E/C²) / la masse en NRJ Masse de l'électron = 511 keV/c² L’hydrogène à un noyau et des électron qui tourne, pour le ionisé il faut 13,6 eV en dessous il n’y a pas d’ionisation de cet atome au dessus on parle de radiation ionisante. Au niveau des protons ou d’un neutron appartenant à un atome, il faut passer à 8 MeV ou encore 8x10^6 eV. Les accélérateurs de particules les plus puissants peuvent atteindre des énergies de l’ordre de 10^11 eV (100 GeV). Les rayons cosmiques portent parfois une énergie allant jusqu’à 10^²1 eV. En radiologie : 140 keV (scanner = le plus irradiants en radiologie conventionnelle)) 120 keV ps 80 kev abd 40 keV main 30 keV sein = 30 000 eV (30 000 / 13,6 = 20 000 ions soit 2 000 ionisation possible/ 2000 dégâts possible) Il faut modifier les énergies en fonction du patient et de l’appareil. En radiologie on a pas assez d’énergie pour détruire un noyau (proton + neutron). En radiothérapie : 20 MeV = 20 000 KeV = 20 000 000 eV assez pour détruire le noyau (proton + neutron) et créer des réactions nucléaires 1.1.2. LA RADIOACTIVITÉ EST UN PHÉNOMÈNE NATUREL La radioactivité vient de différentes étoiles, les noyaux atomiques radioactifs cherchent un état d’énergie plus bas. La désintégration radioactive de l'uranium et du thorium en sont des exemples typiques. Le Carbone-14 et le potassium-40 sont des éléments radioactifs naturels. L'hydrogène devient de l’hélium multiplié par 2. 1.1.3. LA DIFFÉRENCE ENTRE CHIMIE ET PHYSIQUE NUCLÉAIRE Les processus de physique nucléaire sont déterminés par les protons et neutrons des noyaux, ce qui signifie que pour un nombre de proton, le nombre de neutrons n’a aucune incidence dans le processus chimique, il n’y a donc aucune différence entre deux atomes ayant le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents. La chimie nucléaire s'intéresse aux propriétés des liaisons chimiques entre atomes qui se désintègrent par fission nucléaire. La chimie= électron qui gravite autours des atomes. La physique = travail avec le noyau au centre de l’atome. CHAPITRE II: CONSTITUTION DU NOYAU La matière est constituée d'atomes, ces atomes sont constitués d’un noyau situé en leur centre et referme la quasi-totalité de la masse de l’atome, autour de celui-ci gravite des électrons qui détermine le volume de l’atome ajouté au vide. Ce noyau est constitué de Proton (chargé positivement) + neutron ( de charge neutre). Les neutrons et protons sont collés les uns aux autres grâce à une force de cohésion appelée: Interaction nucléaire, elle rend le noyau stable. Si le noyau n'était chargé que de proton il ne serait pas stable.