Cours physique nucléaire

Leçon 1 • Taille et densité nucléaires

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

Leçon 2 • Modèles historiques de l'atome

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

Leçon 3 • Composition et notation nucléaires

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 nucléaire.

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 de 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 à l'aide du modèle en couches nucléaire avec 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

Déduit terme par terme la formule de Bethe-Weizsäcker 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 en 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 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 ultérieurs.

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. Déduit les conditions d'énergie de seuil pour les réactions endothermiques.

Leçon 2 • Concepts de section efficace

Définit les sections efficaces microscopique et macroscopique et le libre parcours moyen. Relie l'ordre de grandeur de la section efficace à la probabilité de réaction et à l'atténuation du faisceau.

Leçon 3 • Mécanismes de réaction directe

Contraste les réactions directes avec les processus du noyau composé en termes d'échelle de temps. Couvre les réactions de stripping, de pickup et de knockout comme sondes de la structure nucléaire.

Leçon 4 • Réactions neutroniques et modération

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

Leçon 1 • Neutrons de fission et produits

Caractérise les spectres d'émission de 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 de la fission et énergétique

Revient sur 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

Déduit les formules à quatre et 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 des réacteurs 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 réactions thermonucléaires

Déduit 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 • Fusion par confinement magnétique

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 • Fusion par confinement inertiel

Décrit l'implosion par laser, l'allumage par point chaud et les exigences de gain de la cible. Contraste l'efficacité du pilote et le gain avec les 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. Déduit le coefficient d'atténuation total et la couche de demi-atténuation pour le blindage.

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 du blindage.

Leçon 4 • Interactions des électrons et des positrons

Couvre l'ionisation, le bremsstrahlung et l'annihilation pour les électrons et les positrons. Définit l'énergie critique et la longueur de radiation 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 feuille d'activation et de 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 en 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 des impulsions, le temps mort et l'efficacité de comptage pour les détecteurs à gaz.