ELEMENTS DE PHYSIQUE NUCLEAIRE

Présentation au sujet: "ELEMENTS DE PHYSIQUE NUCLEAIRE"— Transcription de la présentation:

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 12C 1 u.m.a. = kg Montrer que 1 u.m.a. = 931,5 MeV/c² (NA = mole-1)

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

5 b LES FORCES EN PHYSIQUE Gravitation : Electro-magnétique :
Nucléaire faible : b Désintégration Nucléaire forte : Cohésion nucléaire Intensité relative des 4 interactions Forte : 1 Electromagnétique : 10 -2 Faible : 10 -13 Gravitationnelle : 10 -38

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

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

8

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

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

11 Emission b- e- n Lois de conservation - (A, Z) ® (A, Z+1) + e Charge Z
= Z+1 -1 baryons A = A leptons = +1 -1

12 Energétique Masse Noyau = Masse de l ’atome A, Z A, Z+1 b- Nb n Nb P+

13 Emission b+ e+ n Lois de conservation (A, Z) ® (A, Z - 1) + e + n
Charge Z = Z - 1 +1 baryons A = A leptons = -1 +1

14 Energétique (A, Z) b+ 2me = MeV (A, Z-1)

15

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

17 Energétique EK,L (A, Z) n (A, Z-1)

18

19

20

21 Désintégration a  a A, Z A - 4 Z - 2 He Lois de conservation (A, Z) ®
Noyau parent Noyau descendant Lois de conservation (A, Z) (A – 4, Z - 2) Charges Z = Z - 2 + 2 baryons A = A - 4 + 4 leptons =

22 Energétique

23 Schémas typiques de désintégrations alpha
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
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 g E Eg Energétique En général, on néglige ER

26 99mTc 99Tc (2.12 105 a) b- (6h) 0.68% 99. 32% Spectre de raies 142
0.140 0.142 MeV 99mTc (6h) % 0.68% 99Tc ( a) b- 43 Spectre de raies E keV 2 142 140

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

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

29 55 56 (2.60 min) Exemple

30 Création de paire interne
Energétique ˜

31 a + X  b + Y X (a,b) Y REACTIONS NUCLEAIRES 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 Désintégration d ’un seul radioisotope
RADIOACTIVITE Désintégration d ’un seul radioisotope La probabilité pour qu ’un noyau se désintègre pendant dt est indépendante de toute influence extérieure. P(dt) = l dt l = constante de désintégration -dN = P(dt)N = l dt N N = N0 e-lt 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 b- 1,357 Mev ? % ? e- ? % ? ? % ?
T = 66.5 h b- 0.45 MeV 87% 1,357 Mev ? % ? e- T = 6 h MeV 2 keV 140 keV ? % ? keV 99% T=2, ans ? % ? MeV 1) Compléter le schéma ci-dessus 2) calculer le temps où la quantité de 99mTc sera maximum en fonction du nombre initial N10 de

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

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