Cours physique nucléaire

Leçon 1 • Taille et densité du noyau

Quantifie le rayon nucléaire à l'aide de la formule empirique du rayon et dérive la densité nucléaire. Illustre le contraste de densité extrême entre les noyaux et les atomes.

Leçon 2 • Modèles historiques de l'atome

Retrace la théorie atomique de Thomson à Rutherford, puis à Bohr. Établit pourquoi les modèles classiques ont échoué et motive le traitement quantique utilisé tout au long du cours.

Leçon 3 • Composition et notation du noyau

Définit les protons, les neutrons et les électrons et introduit la notation standard des nucléides. Relie le nombre de masse et le numéro atomique à l'identité du noyau.

Leçon 4 • Masse atomique et énergie de liaison

Introduit les unités de masse atomique, le défaut de masse et l'équivalence masse-énergie. Fournit la base quantitative pour tous les calculs d'énergie dans les chapitres suivants.

Leçon 1 • Critères de stabilité et prédiction de la désintégration

Applique les critères du rapport N/Z, de l'énergie de liaison et de la valeur Q pour prédire la stabilité nucléaire. Prépare les étudiants à classer les nucléides avant d'étudier les modes de désintégration spécifiques.

Leçon 2 • Modèle en couches nucléaire

Explique les nombres magiques par le modèle en couches nucléaires avec le couplage spin-orbite. Prédit le spin et la parité de l'état fondamental des noyaux de masse impaire.

Leçon 3 • Formule de masse semi-empirique

Dérive la formule de Bethe-Weizsäcker terme par terme à partir d'arguments physiques. Les étudiants l'appliquent pour calculer les énergies de liaison et identifier les tendances de stabilité.

Leçon 4 • La force nucléaire forte

Caractérise la force forte à courte portée et indépendante de la charge qui lie les nucléons. La contraste avec la répulsion coulombienne qui déstabilise les noyaux lourds.

Leçon 1 • Modes de désintégration bêta

Couvre la désintégration bêta-moins, bêta-plus et la capture électronique avec émission de neutrinos. Explique le spectre bêta continu et la théorie de Fermi de l'interaction faible.

Leçon 2 • Chaînes de désintégration et équilibre séculaire

Analyse les séries de désintégration à plusieurs étapes à l'aide des équations de Bateman et des conditions d'équilibre. Les étudiants modélisent les chaînes de désintégration naturelles et déterminent les rapports d'activité à l'équilibre.

Leçon 3 • Désintégration gamma et conversion interne

Décrit l'émission gamma comme une désexcitation nucléaire et introduit les règles de sélection multipolaires. Couvre la conversion interne comme un processus électromagnétique concurrent.

Leçon 4 • Loi de désintégration et activité

Dérive la loi de désintégration exponentielle à partir des premiers principes et définit les unités d'activité. Établit le cadre quantitatif utilisé dans tous les calculs de désintégration subséquents.

Leçon 1 • Cinématique des réactions et valeurs Q

Applique la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement à la cinématique des réactions nucléaires. Dérive les conditions d'énergie de seuil pour les réactions endothermiques.

Leçon 2 • Concepts de section efficace

Définit les sections efficaces microscopiques et macroscopiques ainsi que le libre parcours moyen. Relie l'ampleur de la section efficace à la probabilité de réaction et à l'atténuation du faisceau.

Leçon 3 • Mécanismes de réaction directe

Oppose les réactions directes aux processus du noyau composé en termes d'échelle de temps. Couvre les réactions de stripping, de pick-up et de knockout comme sondes de la structure nucléaire.

Leçon 4 • Réactions des neutrons et modération

Analyse les sections efficaces de diffusion élastique, de capture et de fission pour les neutrons. Dérive la perte d'énergie par collision et le rapport de modération pour les modérateurs courants.

Leçon 1 • Neutrons et produits de fission

Caractérise les spectres d'émission des neutrons prompts et retardés et les rendements des produits de fission. Les neutrons retardés sont présentés comme essentiels au contrôle des réacteurs.

Leçon 2 • Découverte et énergétique de la fission

Revise la découverte de la fission et calcule la libération d'énergie à partir du défaut de masse. Établit pourquoi la fission des noyaux lourds libère beaucoup plus d'énergie que les réactions chimiques.

Leçon 3 • Multiplication des neutrons et criticité

Dérive les formules à quatre facteurs et à six facteurs pour la multiplication des neutrons. Les étudiants déterminent les conditions critiques pour les assemblages nus et réfléchis.

Leçon 4 • Cinétique et contrôle des réacteurs

Analyse la cinétique des neutrons prompts et retardés et les mécanismes de rétroaction de la réactivité. Couvre le rôle des neutrons retardés pour rendre le contrôle du réacteur physiquement réalisable.

Leçon 1 • Énergétique des réactions de fusion

Calcule les valeurs Q pour les réactions de fusion clés et compare le rendement énergétique par nucléon. Établit pourquoi la fusion de noyaux légers libère plus d'énergie par masse que la fission.

Leçon 2 • Taux de réaction thermonucléaires

Dérive le taux de réaction moyenné par la distribution de Maxwell-Boltzmann et le pic de Gamow. Identifie la plage de température qui maximise la densité de puissance de la fusion D-T.

Leçon 3 • Confinement magnétique par fusion

Explique la géométrie du tokamak, la configuration du champ magnétique et les méthodes de chauffage du plasma. Évalue le critère de Lawson pour l'allumage dans les dispositifs à confinement magnétique.

Leçon 4 • Confinement inertiel par fusion

Décrit l'implosion induite par laser, l'allumage par point chaud et les exigences de gain de la cible. Oppose l'efficacité du générateur et le gain aux approches de confinement magnétique.

Leçon 1 • Dose de rayonnement et effet biologique

Définit la dose absorbée, la dose équivalente et la dose efficace avec leurs unités. Relie le dépôt d'énergie physique au risque biologique à l'aide de facteurs de pondération du rayonnement.

Leçon 2 • Mécanismes d'atténuation des photons

Analyse les sections efficaces de l'effet photoélectrique, de la diffusion Compton et de la production de paires. Dérive le coefficient d'atténuation total et la couche de demi-atténuation pour la protection.

Leçon 3 • Mécanismes d'interaction des neutrons

Classe les interactions des neutrons par régime d'énergie et type de réaction dominant. Couvre la modération, la capture et la diffusion des neutrons rapides pour l'analyse de la protection.

Leçon 4 • Interactions des électrons et des positrons

Couvre l'ionisation, le rayonnement de freinage et l'annihilation pour les électrons et les positrons. Définit l'énergie critique et la longueur de rayonnement pour le transport des électrons.

Leçon 1 • Détecteurs à scintillation

Décrit les mécanismes des scintillateurs inorganiques et organiques et la lecture par photomultiplicateur. Compare le NaI(Tl) et le BGO pour les applications de spectroscopie gamma.

Leçon 2 • Techniques de détection des neutrons

Couvre la détection des neutrons thermiques par réactions de conversion et la détection des neutrons rapides par recul. Introduit les méthodes de la feuille d'activation et de la chambre à fission pour la mesure du flux.

Leçon 3 • Analyse spectrale et statistiques

Applique les statistiques de Poisson aux expériences de comptage et propage l'incertitude. Couvre l'ajustement des pics, l'étalonnage de l'efficacité et la soustraction du bruit de fond pour l'analyse quantitative.

Leçon 4 • Principes des détecteurs à gaz

Explique les régions de fonctionnement d'ionisation, proportionnelle et Geiger-Müller sur la courbe de tension. Couvre la formation de l'impulsion, le temps mort et l'efficacité de comptage pour les détecteurs à gaz.