Cours physique nucléaire PC3 Dhaouadi Zoubeida PDF

COURS DE CHIMIE Avec EXERCICES

chapitre aux questions des exercices d'auto-évaluation. Les électrons (charge électrique négative) gravitent autour du noyau dans un espace.

Cours physique nucléaire PC3 Dhaouadi Zoubeida

Exercices en relation direct avec le cours 10-10 m) ce qui confirme l'existence d'un noyau chargé positivement et de très petite.

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2) E (Fe) >E (U)> E (D) ce résultat indique que le noyau de l'atome de Fer 56 est plus stable que l'uranium et le détermium. Exercice 02. I?. Te+ e il s'agit

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1 Cours

Travaux dirigés de Physique Nucléaire

L3/SM

Année Universitaire 20192020

Prof. H. Taibi

Département de Physique

Avant propos :

Le cours est destiné aux étudiants de 3ème année Licence de Physique. Il repose sur une

cours a été frappante Nucléaire sur Le cours comporte 05 chapitres bien séparés.

Plan du cours

Chap1. Noyaux atomiques et constituants 2 Chap2. Énergie de liaison nucléaire et stabilité des noyaux 7 Chap3. Désintégrations et loi de décroissance radioactive 13 Chap4. Réactions nucléaires et Applications 20 Chap5. Références du cours 30 Chap6. Exercices en relation direct avec le cours 31 2

Chapitre 1

Noyaux atomiques et constituants

I- Rappels historiques

-D -Découverte du noyau atomique par Ernest Rutherford (Université de Manchester-Grande

Bretagne) entre 1909 et 1911.

Rutherford envoi un faisceau de particules énergétiques (particules émises par des

substances naturellement radioactives) sur une fine feuille de métal et il regarde la diffusion

de ces par le métal considéré. La désintégration radioactive (Becquerel et Curie) a permis

de mieux comprendre les phénomènes de transmutation qui ont aidé à mieux classer les

noyaux instables. Le développement de la physique nucléaire a fait un grand pas en ce début

du XX

ème siècle.

Ces expériences ont permis de découvrir la répartition des charges électriques dans les

atomes : -charge positive concentrée dans un noyau de petite dimension -cortège électronique -entre les deux beaucoup de vide de matière positive dans laquelle baignent des charges négatives (électrons). Suite à ces expériences plusieurs questions se posent alors : 1- déterminées ?

2--ils sans cesse des ondes électromagnétiques ?

3-Si noyau formé uniquement de charges positive ne se dissocie pas ? La réponse aux deux premières questions relève du cours de physique atomique et physicien Niels Bohr en 1913 qui apportera la réponse en introduisant deux postulats i 193
neutrons tel que :

A= Z + N

Les constituants du noyau (protons et neutrons) sont appelés nucléons et A représente leur

nombre.

Ce noyau est noté :

et le neutron . 3 M a = MN + Zme. On saura que nous faisons une approximation de droit entre Ma et MN. 4-

En physique nucléaire, on exprime les masses en unité de masse atomique notée u (définie

choisi comme référence) et son équivalent

énergétique (E = mc

2) où m est la masse au repos de la particule considérée :

1 u = 1. 1,66054 × 10

-27 kg = 931.48 MeV MeV. Le rayon R des noyaux a été déterminé expérimentalement comme étant : R =r

0A 1/3

0 -15 m)

Quelques caractéristiques des nucléons

Nucléon Charge (C) spin Masse (kg) Masse (u) mc2 (MeV) proton 1.602 176.10-19 1/2 1,672 62 .10-27 1.007278 938.28 neutron 0 1/2 1,674 92 .10-27 1.008663 939.57

Appellations :

- isobares : noyaux qui ont le même nombre de nucléons A ( et ) - isotopes : noyaux ayant le même Z ( et ) - isotones : noyaux ayant le même N ( et )

III- Diffusion de Rutherford

énergétiques et monocinétiques (énergies cinétiques T et 9MeV selon la source radioactive naturelle emplo avec un seul noyau de

est défini par un collimateur et dirigé vers la cible. Les particules diffusées sont alors

repérées sur un écran de sulfure de zinc (ZnS) éloigné suffisamment de la cible afin de

. Le comptage des 1-

Le problème est traité de façon corpusculaire, en supposant un champ central et en supposant

qui sont beaucoup

plus lourdes). La majeure partie de la déviation des est alors attribuée au noyau de charge

4 +Ze (pour Au : Z=79). Si la particule

avec une énergie cinétique T et quand elle rentre dans la zone de potentiel du noyau, son

distance d 0 chemin (rétrodiffusion = 180°). d 0 = Avec , pour T = 5MeV alors d0 = 45 F se lit Fermi. c.à.d. 10 -10 ivement et de très petite

2-Calcul de la section efficace Coulombienne

Tant que la particule de masse m T

noyau (d

0 = 45 F >> = 6.9 F), le calcul peut se faire de manière classique. Le noyau de

charge +Ze est considéré comme une charge ponctuelle au repos, de masse M>>m (ce qui négliger le recul de celui-ci). est diffusée dans la direction . Le choc est de nature

élastique (pas de modification ni de la nature, ni du nombre des particules suite à la collision),

énergie totale et démontrer

facilement que : tg si cette dernière passait sans subir aucune interaction.

Cette relation montre bien que plus b est faible plus est élevée et vice vers ça. Ce ci

t forte (figure ci-dessous) (pour b = 0 on est dans le cas de la rétrodiffusion = 180°) 5

Déviations des particules

Les particules

passe des et égale à : d b et de largeur db. Elle signifie, cible ne peut avoir lieu.

Les particules sin d (surface

est évidement proportionnel au nombre de noyaux cibles par unité de surface (N c), au nombre de particules incidentes par unité de temps (N i . Ce nombre représente également le nombre de collisions associées à la surface d. dn = (N c x) Ni d = (Nc x )Ni ( ) d ou encore pour une cible considérée : dN i = Ni . où en fonction de b, et d en fonction de nous pouvant définir une nouvelle quantité appelée section efficace différentielle de diffusion : diffusion sous la forme suivante : classique de la diffusion Coulombienne de Rutherford par un noyau ponctuel.

3-Conséquences de la diffusion de Rutherford

1ère conséquence

positivement, de très petite dimension et emportant presque la totalité de la masse enfuie à

ème conséquence : En faisant le rapport de la section efficace expérimentale à celle calculée

pour différentes valeurs de et dans le cas de particules beaucoup plus énergétiques (par

exemple T = 22 MeV), on constate que la formule Coulombienne marche bien pour des les grands. En 6 , si plus alors suffisant pour interpréter la réalité expérimentale. 3

ème conséquence : Le sondage des noyaux avec des projectiles de plus en plus énergétiques

(mise au point et développement des accélérateurs de particules) et des cibles de différentes

natures (Z varie) a permis alors de déterminer les rayons nucléaires (R = r0 A1/3).

Conclusion

Les expériences de diffusion (élastique ou inélastique) par des particules , des électrons, des

protons ou des neutrons représentent un très bon moyen de sondage des noyaux atomiques.

Plus les particules envoyées sont

s sont de plus en plus

petites. Un noyau très lourd de très petite dimension implique une densité nucléaire énorme

comparée à celle de la matière condensé qui nous entoure et cela donne libre recours à

cache. 7

Chapitre 2

Energie de liaison nucléaire et stabilité des noyaux

I-Introduction

Dans ce chapitre, nous présentons quelques résultats expérimentaux caractéristiques du

domaine de la physique nucléaire. Nous insistons, en particulier, sur quelques traitsquotesdbs_dbs2.pdfusesText_3

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