Avant-propos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
Introduction
générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
Conception
corpusculaire de la matière ; son évolution . . . . . . . . . .
Matière
et Rayonnement Le double aspect de la Physique . . . . . . . .
Principes
de la mécanique ondulatoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
PREMIÈRE
PARTIE:
Compléments de Physique Théorique
I.
Éléments de physique statistique
1.
La notion de quantification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
a.
Quantification d'un mouvement vibratoire . . . . . . . . . . . . . . . .
b.
Quantification du mouvement d'une particule . . . . . . . . . . . . . .
c.
Nombre d'états de mouvement pour une énergie donnée . . . . . .
2.
Les différentes statistiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Particules distinctes et indépendantes statistique classique
(Maxwell - Boltzmann) . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
c.
Particules indiscernables avec principe d'exclusion
statistique quantique
de Fermi - Dirac . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d.
Particules indiscernables et " indépendantes "
statistique
quantique de Bose - Einstein . . . . . . . . . . . . . . . . . .
e.
Statistique mixte
ou statistique quantique de Maxwell - Boltzmann . . . .
. . . . . .
f.
Comparaison des statistiques quantiques : dégénérescence . . .
3.
La statistique de Maxwell - Boltzmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a.
Loi de distribution de l'énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
b.
Température absolue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
c.
Équipartition de l'énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
II.
Interaction des particules
1.
Généralités; la notion de section efficace . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
a.
Différents types d'interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
b.
Choix du système de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
c.
Sections efficaces pour une interaction donnée . . . . . . . . . . . .
d.
Cas particuliers (point de vue corpusculaire) . . . . . . . . . . . . .
e.
Libre parcours moyen
et probabilité de collision pour une interaction j . .
. . . . . . . . .
f.
Atténuation, absorption et diffusion d'un faisceau monocitique
g.
Point de vue ondulatoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
2.
Interaction élastique de deux particules en mécanique classique
a.
Équation générale dans Sl . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
b.
Changement de système de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
c.
sphères rigides sans interaction à distance . . . . . . . . . . . . . .
. .
d.
Interaction couloumbienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
3.
interaction de A particules: éléments de théorie cinétique des gaz
a.
Généralités. modèle individuel et modèle collectif . . . . . . . . .
b.
Notion de fonction de distribution des vitesses . . . . . . . . . . . .
c.
Persistance des vitesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
III.
Moment angulaire et spin
1.
Généralités : principes de " l'ancienne " théorie des
quanta . . . . .
2.
Moment angulaire orbital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
a.
Mouvement orbital d'un électron périphérique . . . . . . . . . . . . .
b.
Quantification dans l'espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
c.
Modifications apportées par la nouvelle mécanique . . . . . . . .
d.
Cas de plusieurs électrons périphériques . . . . . . . . . . . . . . .
. .
3.
Moment angulaire intrinsèque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
a.
Spin de l'électron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
b.
Moment angulaire total des électrons . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
c.
Spin des nucléons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
d.
Moment angulaire total (" pin ") des noyaux . . . . . . . . . . . . .
. .
e.
Moment angulaire total de l'atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
f. Notions de spectroscopie atomique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IV.
Notions sommaires sur la relativité
1.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
a.
Principe de la relativité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
b.
Relativité restreinte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
c.
Relativité générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
2.
Cinématique de la relativité restreinte . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
a.
Longueur propre et temps propre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
b.
Transformation de Lorentz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
c.
L'espace temps ou univers de Minkowski . . . . . . . . . . . . . . . . .
d.
Vecteur vitesse unitaire; accélération . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
3.
Dynamique de la relativité restreinte . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
a.
Quantité de mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
b.
Dynamique d'une masse ponctuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
c.
Inertie de l'énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
d.
Applications diverses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
DEUXIÈME
PARTIE:
Constitution de la matière. Radioactivité
V.
Constitution des noyaux
1.
Les particules élémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
a.
Généralité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
b.
Bosons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
c.
Fermions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
d.
Autres particules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
e.
Nucléons et spin isobarique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
2.
Propriétés statiques des noyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
a.
Charge électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
b.
Masse et composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
c.
Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
d.
Énergie de liaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
e.
Énergie de séparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
f.
Moment électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
g.
Moment magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
h.
Caractéristiques principales des noyaux plus légers . . . . . . . .
VI.
Notions de dynamique nucléaire
1.
Généralités sur les forces nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
a.
Propriétés déduites de la composition des noyaux . . . . . . . . . .
b.
Étude des systèmes formés de deux nucléons . . . . . . . . . . . . . .
c.
Notion de force d'échange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
2.
Modèles nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
a.
Généralités : modèles individuels et collectifs . . . . . . . .
. . . .
b.
Modèle des couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
c.
Modèle de la goutte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
d.
Modèles unifiés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
3.
Stabilité et transformations des noyaux . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
a.
Instabilité dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
b.
Instabilité bêta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
c.
Barrière de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
d.
Généralités sur les réactions nucléaires . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
VII.
Généralités sur les transformations radioactives
1.
Introduction : radioactivité naturelle et artificielle . . . . . . . . . . .
.
2.
Propriétés des émissions spontanées . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
a.
Désintégration simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
b.
Superposition de désintégrations simples . . . . . . . . . . . . . . . .
.
c.
Désintégrations en chaîne : équilibres radioactifs . . . . . . . . . .
d.
Désintégrations en chaîne : cas général . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
3.
Les éléments radioactifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
a.
Les radioéléments lourds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
b.
Les
familles radioactives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
d.
Les radioéléments légers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
VIII.
Les trois types de radioactivité
1.
La radioactivité alpha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Structure
fine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
c.
Loi
de Geiger - Nuttall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
d.
Théorie
élémentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
e.
Rayon
des radioéléments lourds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
La radioactivité bêta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Le
spectre bêta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
c.
Le
neutrino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
d.
La
théorie de Fermi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
e.
Classification
des transitions b : règles de sélection . . . . . . . .
f.
Les
noyaux miroirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
g.
L'antineutrino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
h.
La
capture électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
3.
La radioactivité gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Décomposition des ondes électromagnétiques
en harmoniques sphériques . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
c.
Éléments d'une théorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
d.
États liés et virtuels; modèle statistique . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
e.
États métastables; isomères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
f.
La conversion interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
TROISIÈME
PARTIE:
Interaction des particules nucléaires avec la matière
IX.
Propriétés des " rayonnements nucléaires "
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
2.
Propriétés des particules atomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
États de charge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
c.
Ralentissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
d.
Parcours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
e.
Ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
f.
Propriétés des particules atomiques lourdes . . . . . . . . . . . . . . .
3.
Propriétés des électrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
c.
Ralentissement (données théoriques) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
d.
Parcours et portée (résultats expérimentaux) . . . . . . . . . . . . . .
e.
Ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
f.
Le positron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
3.
Propriétés des photons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Effet Compton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
c.
Effet photoélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
d.
Effet de matérialisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
e.
Atténuation et absorption totales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
f.
Le Röentgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
X.
Détection des rayonnements nucléaires
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
2.
Principaux types de détecteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
a.
Plaque photographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
b.
Chambre à condensation ou à brouillard . . . . . . . . . . . . . . . . .
c.
Électroscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
d.
Chambre d'ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
e.
Compteur proportionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
f.
Compteur de Geiger-Müller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
g.
Multiplicateur d'électrons et photomultiplicateur . . . . . . . . . . .
h.
Détecteur à scintillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
i.
Détecteur à conduction ou "à cristal" . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
j.
Détecteur à effet Cerenkov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
3.
Techniques auxiliaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
a.
Appareillage électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
b.
Probabilités et statistique des événements aléatoires . . . . . . . .
XI.
Le neutron
1.
Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
a.
Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
b.
Sources utilisant la radioactivité a . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
c.
Sources utilisant la radioactivité g . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
d.
Sources utilisant des projectiles accélérés artificiellement . . .
e.
Sources utilisant la fission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
2.
Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
c.
Ralentissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
d.
Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
e.
Monochromatisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
3.
Détection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
a.
Utilisation de la diffusion élastique . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
b.
Utilisation de l'émission spontanée . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
c.
Utilisation de la radioactivité induite . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
d.
Utilisation des émulsions photographiques . . . . . . . . . . . . . . . .
XII.
Réactions nucléaires ; fission et fusion
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
2.
Réactions nucléaires proprement dites . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Le noyau compose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
c.
Courbes d'excitation allure générale . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
d.
Courbes d'excitation résonances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
e.
Structure du noyau résiduel et de la cible . . . . . . . . . . . . . . .
. .
f.
Rendement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
3.
Fission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Fission spontanée et fission induite énergie d'activation . . . . .
c.
Théorie élémentaire (modèle de la goutte) . . . . . . . . . . . . . .
. .
d.
Bilan neutronique; réaction en chaîne . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
e.
Principe des réacteurs à fission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
f.
Principaux types de piles atomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.
Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
a.
Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
b.
Nécessité d'une réaction thermonucléaire . . . . . . . . . . . . . . .
. .
c.
Le Plasma : considérations théoriques . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
d.
Problèmes et réalisations actuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
APPENDICE:
Calcul des sections efficaces en mécanique quantique
1.
Principe du calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
2.
Forme asymptotiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
3.
Dispersion par un " puits " de potentiel . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
4.
Diffusion coulombienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
5.
Comparaison avec la théorie classique . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
Principales
constantes physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
Classification
périodique des éléments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Index
alphabétique des matières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
Index
des désintégrations et réactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
