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RÉSUMÉ
Cet article introduit les notions élémentaires de physique nucléaire directement utiles pour l'étude des réacteurs nucléaires. On y présente les principales définitions et concepts relatifs au noyau atomique et à sa structure ainsi que ses propriétés fondamentales, dont l'énergie de liaison. Les principaux phénomènes de radioactivité sont décrits en exposant leurs caractéristiques importantes. Les séries isobariques sont également abordées car leur existence se manifeste dans le coeur d'un réacteur nucléaire avec la formation des produits de fission. La notion d'équilibre radioactif est explicitée à travers la résolution du problème dit à deux corps.
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Cheikh M'Backé DIOP : Ingénieur-chercheur - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, CEA/Saclay, France
INTRODUCTION
La physique des réacteurs nucléaires a pour but de quantifier, à l'aide de méthodes physico-mathématiques et de logiciels de calcul (ou codes de calcul) – codes de neutronique et codes de radioprotection notamment – des grandeurs macroscopiques pertinentes permettant respectivement :
-
de caractériser l'état neutronique du cœur d'un réacteur nucléaire ;
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d'évaluer l'effet des rayonnements sur la matière organique et la matière inerte (les matériaux) et de prendre les mesures appropriées éventuelles pour s'en protéger.
Dans le domaine des réacteurs nucléaires, les neutrons et les rayons gamma sont les deux principaux types de rayonnements à considérer sous différents aspects : propagation dans la matière, phénomènes radioactifs induits et particules émises par interaction avec la matière. La gamme d'énergie concernée s'étend typiquement de 0 à 20 MeV.
En premier lieu, on replace la physique nucléaire dans le contexte de la physique des réacteurs nucléaires. On présente ensuite les principales définitions relatives au noyau atomique ainsi que ses propriétés fondamentales. La dernière partie de cet article est consacrée aux phénomènes de radioactivité dont on décrit quelques-unes des propriétés importantes.
Ce document sera complété par les articles [BN 3 011]et [BN 3 012] relatifs respectivement aux réactions nucléaires et au traitement des données nucléaires utilisées par les codes de calculs dédiés à la physique des réacteurs nucléaires.
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- Version archivée 1 de juil. 2006 par Cheikh M’Backé DIOP
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3. Instabilité du noyau atomique : radioactivité
Différents modèles, complémentaires (le modèle de la goutte liquide, le modèle en couches, le modèle du gaz de Fermi), décrivent la structure du noyau atomique et permettent d'interpréter, chacun, une partie des propriétés du noyau atomique observées : la stabilité des noyaux, les moments angulaires, l'existence d'isomères et d'isotopes, l'excès de neutrons, les énergies de désintégration, les réactions nucléaires (existence et occurrence), la densité nucléaire. Les références , ainsi que les articles de notre collection qui traitent « les particules élémentaires et les interactions fondamentales » et « la physique du noyau de l'atome », décrivent la structure de la matière et, plus particulièrement, celle du noyau atomique. La présente section concerne les différents processus radioactifs, manifestation de l'instabilité des radionucléides.
On a vu au paragraphe 2.1 qu'il existe des noyaux atomiques stables et des noyaux atomiques instables : les radionucléides, ou radio-isotopes ou isotopes...
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Instabilité du noyau atomique : radioactivité
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Chart of the Nuclides. - Lockheed Martin, KAPL Inc., États-Unis (2002).
-
(2) - EVANS (R.D.) - Le noyau atomique. - Paris, Dunod (1961).
-
(3) - VALENTIN (L.) - Physique subatomique : noyaux et particules. - Paris, Hermann (1975).
-
(4) - AUDI (G.), BERSILLON (O.), BLACHOT (J.), WAPSTRA (A.H.) - The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. - Nuclear Physics A, vol. 729, p. 3-128 (2003).
-
(5) - AUDI (G.), WAPSTRA (A.H.) - Atomic mass Evaluation. - Nucl. Phys. A, p. 595-409 (1995).
-
(6) - FIRESTONE (R.B.) - Tables of Isotopes. - Wiley, États-Unis (1996).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
NUBASE
La base de données NUBASE 2003 comporte les informations pour 1 377 isotopes http://www.in2p3.fr/amdc/web/nubase.en.html
ENSDF (Evaluated Nuclear Structure Date File)
Base de données contenant les informations sur la structure et les modes de décroissance de 2 900 isotopes http://www.nndc.bnl.gov
AEIA https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VCHARTHTML.html
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2/ Test de validation
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Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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