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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 ;
-
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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VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2006 par Cheikh M’Backé DIOP
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Instabilité du noyau atomique : radioactivité
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2. Noyau atomique. Définitions fondamentales
Le lecteur trouvera dans les références et un historique et une description des faits expérimentaux – diffusion de particules, phénomènes de radioactivité, découverte du neutron… – qui ont permis de déterminer la structure du noyau atomique ainsi que ses propriétés. Le présent article introduit les notions fondamentales qui caractérisent le noyau atomique et qui sont utilisées en physique des réacteurs nucléaires.
2.1 Constituants du noyau de l'atome
Un noyau atomique ou nucléide (ou nuclide ) est formé d'un nombre A de nucléons partagés en un nombre Z de protons de charge électrique positive et un nombre N de neutrons de charge électrique nulle. L'atome neutre comporte un cortège électronique de Z électrons « se déplaçant autour » du noyau atomique à des distances de l'ordre de 10–10 m.
Un nucléide X est noté :
avec :
- A :
- nombre de nucléons appélé...
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Noyau atomique. Définitions fondamentales
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
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
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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