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ELEMENTS DE PHYSIQUE NUCLEAIRE RADIOACTIVITE. PARTICULES ELEMENTAIRES.

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1 ELEMENTS DE PHYSIQUE NUCLEAIRE RADIOACTIVITE

2 PARTICULES ELEMENTAIRES

3 EQUIVALENCE MASSE-ENERGIE E = mc² Énergie totale c= m/s 1 unité de masse atomique = 1/12 masse d un atome 12 C 1 u.m.a. = kg Montrer que 1 u.m.a. = 931,5 MeV/c² ( N A = mole -1 )

4 LES LOIS DE CONSERVATION Energie : Quantité numérique qui se conserveE =mc² E c = ½mv² E r =h E t = kT E e =qV Quantité de mouvement : Moment cinétique : Charge électrique : Nombre de leptons :Particules légères Nombre de baryons :Particules lourdes Références : Alonso-Finn FundamentalUniversityPhysics t3 ch. 9 p 397

5 LES FORCES EN PHYSIQUE Gravitation : Electro-magnétique : Nucléaire faible : Désintégration Nucléaire forte :Cohésion nucléaire Intensité relative des 4 interactions Forte :1 Electromagnétique :10 -2 Faible : Gravitationnelle :10 -38

6 NOYAUX Symbole : A : Nombre de masse Z : Nombre de charges Masse : Energie de liaison : Excès de masse = M - A (en u.m.a.) Rayon nucléaire:

7 Isotones N = Cste Isotopes Z = Cste Isobares A = Cste Alonso-Finn Ed Adison-Wesley Reading USA 1968

8

9 Figure 2.8 Énergie moyenne de liaison par nucléon en fonction du nombre de masse pour les nuclides (et 8 Be). Remarquer que l échelle change à l abscisse A = 30. (Avec l autorisation de Evans, 195.)

10 DESINTEGRATIONS RADIOACTIVES PLAN Désintégration -, +, ec capture électronique Désintégration Désintégrations électromagnétiques, ci création de paire interne Ref: W.E. MEYERHOF Eléments de physique nucléaire - Dunod - Paris 1970

11 Emission - n e-e- (A, Z) (A, Z+1) + e - ChargeZ=Z+10 baryons A=A00 leptons 0=0+1 Lois de conservation

12 Energétique = 0 MasseNoyau Masse de l atome A, Z A, Z+1 - Nb n Nb P +

13 Emission + n e+e+ (A, Z) (A, Z - 1) + e + + ChargeZ=Z baryons A=A00 leptons 0=0+1 Lois de conservation

14 Energétique (A, Z) + 2m e = MeV (A, Z-1)

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16 Capture électronique: ec Lois de conservation n e-e- (A, Z) + e - (A, Z - 1) + ChargesZ=Z - 10 baryons A0=A0 leptons 0+1=0 K

17 Energétique E K,L (A, Z) (A, Z-1)

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21 Désintégration Lois de conservation A, Z A - 4 Z - 2 n n He Noyau parentNoyau descendant (A, Z) (A – 4, Z - 2) ChargesZ=Z baryons A=A leptons 0=00

22 Energétique

23 Schémas typiques de désintégrations alpha. (a) Désintégration vers des états excités du descendant. On indique les spins et les parités.... /... Adapté de Segré, 1964 et de K. Way, N.B. Grove, C.L. McGinnis, R. Nakasima, Energy level of Nuclei, A = 21 à A = 212 et J. Scheer, Energy levels of the Heavy Nuclei, A = 213 à A = 257, dans A. M. et K. H. Hellwege, Ed. Landolt-Bornstein, groupe 1, vol. 1 Energy levels of nuclei, A=5 to A = 257, Springer-Verlag, OHG Berlin, 1961.)

24 Schémas typiques de désintégrations alpha. (b) Désintégration à partir des états excités du noyau parent ( 213 Po). Le nombre indiqué à côté de chaque transition donne l intensité relative par rapport à 100 transitions de l état fondamental.

25 Emission E E Energétique En général, on néglige E R

26 M eV 99m Tc (6h) % 0.68% 99 Tc ( a) - 43 Spectre de raies E keV

27 Conversion interne e-e- K L *E La conversion interne est produite par la variation du champ coulombien du noyau (direction radiale)

28 Energétique ˜ Probabilité de désintégration Rayons X et électron Auger de réarrangement

29 Exemple (2.60 min)

30 Création de paire interne e-e- E * e+e+ Energétique ˜

31 REACTIONS NUCLEAIRES a + X b + Y a: particule incidente X: cible (au repos dans le système du laboratoire b: produit de la réaction léger Y: produit de la réaction lourd X (a,b) Y Energétique Q =

32 RADIOACTIVITE Désintégration d un seul radioisotope La probabilité pour qu un noyau se désintègre pendant dt est indépendante de toute influence extérieure. P(dt) = dt = constante de désintégration -dN = P(dt)N = dt N N = N 0 e - t 1 désintégration / s = 1 Bq (Béquerel) 1 Cu = Bq

33 Activité : quantité de particules émises Période : t ½ ou T

34 Production par bombardement nucléaire Bombardement d un échantillon avec des neutrons produisant une quantité Q de radioisotope Il n est pas utile de bombarder plus de 2 à 3 périodes

35 Désintégration d un descendant radioactif. (a) Parent ayant une courte période. (b) Parent ayant une grande période

36 Exemple - exercice 0.45 MeV e-e- MeV T = 66.5 h - 87% T = 6 h 2 keV 140 keV 99% keV T=2, ans ? MeV ) Compléter le schéma ci-dessus 2) calculer le temps où la quantité de 99m Tc sera maximum en fonction du nombre initial N 10 de ? % ? 1,357 Mev ? ? ? %

37 SPECTROMETRIE NUCLEAIRE SYNTHESE Soit une source présentant le schéma de désintégration suivant:

38 Le spectre d une telle source présentera les caractéristiques suivantes:


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