Formation de physicien nucléaire

Leçon 1 • Essentiels de la relativité restreinte

Introduit les transformations de Lorentz, l'équivalence masse-énergie et la cinématique relativiste. Fait le lien avec l'énergie de liaison nucléaire et les valeurs Q des réactions.

Leçon 2 • Mathématiques pour la physique nucléaire

Couvre le calcul vectoriel, les équations différentielles et l'algèbre linéaire essentiels pour la modélisation nucléaire. Établit la boîte à outils quantitative utilisée tout au long du cours.

Leçon 3 • Introduction aux échelles nucléaires

Définit les dimensions nucléaires, les unités d'énergie et les constantes naturelles utilisées dans les calculs nucléaires. Oriente les étudiants vers les différences d'échelle entre les phénomènes atomiques et nucléaires.

Leçon 4 • Structure atomique et spectres

Examine les orbitales électroniques, les nombres quantiques et les spectres atomiques comme pont vers les modèles de couches nucléaires. Renforce les méthodes d'opérateur de la mécanique quantique.

Leçon 1 • Tailles nucléaires et distributions de charge

Analyse les données de diffusion électronique et d'atomes muoniques pour extraire les distributions de charge nucléaire. Fait le lien entre les observables expérimentales et les modèles de structure nucléaire.

Leçon 2 • Énergie de liaison nucléaire

Dérive l'énergie de liaison à partir du défaut de masse et applique la formule de masse semi-empirique. Explique la vallée de stabilité et le pic de liaison près du fer.

Leçon 3 • Déformation nucléaire et modèles collectifs

Couvre le mouvement collectif rotationnel et vibrationnel dans les noyaux déformés. Complète le modèle en couches pour les noyaux de milieu de couche.

Leçon 4 • Nucléons et forces nucléaires

Décrit les protons, les neutrons et la force nucléaire forte qui régit leurs interactions. Établit le cadre de force nécessaire à l'analyse de l'énergie de liaison.

Leçon 1 • Loi de la désintégration radioactive

Dérive la loi de désintégration exponentielle à partir de principes statistiques et définit la période radioactive et l'activité. Fournit la base quantitative pour tous les calculs de désintégration.

Leçon 2 • Désintégration bêta

Couvre les désintégrations bêta-moins, bêta-plus et la capture électronique avec la théorie de Fermi et les règles de sélection. Introduit la physique des neutrinos et le rôle de l'interaction faible.

Leçon 3 • Désintégration alpha

Explique l'émission de particules alpha par effet tunnel à travers la barrière coulombienne. Dérive la loi de Geiger-Nuttall reliant la constante de désintégration à la valeur Q.

Leçon 4 • Désintégration gamma et conversion interne

Décrit les transitions électromagnétiques entre les états excités nucléaires et les règles de sélection multipolaires. Fait le lien avec la structure nucléaire via les probabilités de transition.

Leçon 1 • Réactions directes

Couvre les réactions de strippage, de pick-up et de knockout comme sondes de la structure nucléaire. Introduit le formalisme DWBA pour l'analyse des distributions angulaires.

Leçon 2 • Cinématique des réactions et valeurs Q

Applique la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement aux réactions nucléaires dans les référentiels du laboratoire et du centre de masse. Calcule les énergies de seuil et la cinématique des produits.

Leçon 3 • Physique des neutrons et modération

Analyse les interactions des neutrons, la théorie du ralentissement et les sections efficaces des neutrons thermiques. Directement pertinent pour la physique des réacteurs introduite plus tard.

Leçon 4 • Réactions par noyau composé

Développe le modèle du noyau composé de Bohr et la formule de résonance de Breit-Wigner. Explique la capture par résonance et les largeurs de désintégration statistiques.

Leçon 1 • Détecteurs à scintillation

Décrit les scintillateurs inorganiques et organiques, les tubes photomultiplicateurs et le rendement lumineux. Met l'accent sur NaI et LaBr3 pour la spectroscopie gamma.

Leçon 2 • Interaction du rayonnement avec la matière

Couvre le pouvoir d'arrêt des particules chargées, l'atténuation des photons et la modération des neutrons dans les milieux détecteurs. Fournit la base physique pour tout fonctionnement de détecteur.

Leçon 3 • Détecteurs à semi-conducteurs

Couvre le fonctionnement des détecteurs HPGe et au silicium, la collection de charges et la résolution énergétique supérieure. Aborde les besoins de refroidissement et la fabrication des détecteurs.

Leçon 4 • Spectroscopie et analyse des données

Applique l'analyse de hauteur d'impulsion, l'étalonnage en efficacité et l'ajustement des pics aux spectres gamma. Introduit l'analyse par activation neutronique comme technique quantitative.

Leçon 1 • Inventaire des produits de fission

Suit l'accumulation des produits de fission, la chaleur de désintégration et les effets d'empoisonnement sur la durée d'irradiation. Pertinent pour la gestion du combustible et la sécurité à l'arrêt.

Leçon 2 • Réaction en chaîne et criticité

Développe la formule à quatre facteurs et la condition de criticité pour un milieu multiplicateur. Fait le lien entre la multiplication des neutrons et les paramètres de conception du réacteur.

Leçon 3 • Propriétés des fragments de fission

Caractérise les distributions de masse, de charge et d'énergie cinétique des fragments issus de la fission. Introduit l'émission prompte de neutrons et de gamma par les fragments.

Leçon 4 • Neutrons retardés et précurseurs

Identifie les groupes de précurseurs de neutrons retardés et leurs constantes de désintégration. Explique leur rôle critique dans la dynamique de contrôle des réacteurs.

Leçon 1 • Physique des plasmas pour la fusion

Introduit la température, la densité et le temps de confinement du plasma comme paramètres de fusion. Dérive le critère de Lawson pour le gain net d'énergie.

Leçon 2 • Énergétique des réactions de fusion

Calcule les valeurs Q et les sections efficaces pour les réactions de fusion D-T, D-D et p-B. Compare le rendement énergétique et la production de neutrons entre les cycles de combustible.

Leçon 3 • Neutronique de la fusion et matériaux

Analyse les interactions des neutrons de 14 MeV avec les matériaux de structure et de couverture régénératrice. Aborde le rapport de régénération du tritium et l'activation des matériaux.

Leçon 4 • Fusion par confinement inertiel

Couvre l'implosion pilotée par laser, l'allumage par point chaud et la physique du gain de la cible. Contraste avec le confinement magnétique en termes d'énergie du pilote et de durée d'impulsion.

Leçon 1 • Systèmes de sûreté et de contrôle des réacteurs

Examine l'antiréactivité des barres de contrôle, les systèmes d'arrêt et les dispositifs de sûreté passive. Analyse les scénarios d'accident par perte de liquide de refroidissement et par insertion de réactivité.

Leçon 2 • Types de réacteurs et cycles du combustible

Compare les conceptions de réacteurs à eau légère, eau lourde, refroidis au gaz et rapides selon le spectre neutronique et le combustible. Introduit les stratégies de cycle du combustible ouvert et fermé.

Leçon 3 • Cinétique des réacteurs

Développe les équations de cinétique ponctuelle avec les neutrons retardés et résout pour les transitoires de puissance. Analyse la période du réacteur et le rôle de la rétroaction de réactivité.

Leçon 4 • Thermohydraulique des réacteurs

Analyse la génération de chaleur dans le combustible, l'écoulement du caloporteur et les distributions de température. Fait le lien entre les limites thermiques et les niveaux de puissance de fonctionnement sûrs.