Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I. Structure de la matière1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Structure de l’atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Modèles planétaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Modèles quantiques de l’atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Structure du noyau atomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Nomenclature en physique nucléaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Énergie de liaison nucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Modèles nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Les particules élémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II. La radioactivité1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Noyaux stables et noyaux instables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Les différents types de désintégrations radioactives . . . . . . . . . . . . . . a. La désintégration alpha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. La désintégration b- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. La désintégration b+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. La capture électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e. La désintégration gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f. La conversion interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g. La fission spontanée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Étude quantitative des lois de transformations radioactives . . . . . . . . . a. Relation fondamentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Durée de vie d’un radioélément . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Période d’un radioélément . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Activité d’une substance radioactive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e. Désintégration en chaîne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f. Désintégration composée ou embranchement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. La radioactivité naturelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Radioéléments ne donnant pas de filiations radioactives . . . . . . . . . b. Les familles radioactives naturelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Détermination de l’âge de la terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. La radioactivité artificielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Production des radioéléments artificiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Équation générale d’activation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III. Les collisions nucléaires1. Systèmes de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Système du laboratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Système du centre de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Changement de système de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Cinématique des collisions nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Équivalence masse-énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Lois de conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Étude de la diffusion élastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Cinématique des réactions nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Section efficace des collisions nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Section efficace totale de collision. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Section efficace différentielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Section efficace de diffusion coulombienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IV. Interactions des rayonnements nucléaires avec la matière1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Fluence et flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Sections efficaces macroscopiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Loi d’absorption d’un faisceau de rayonnement dans un matériau 2. Interaction des particules chargées avec de la matière amorphe . . . . . a. Perte d’énergie par collisions avec les électrons atomiques . . . . . . b. Perte d’énergie par radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Pouvoir d’arrêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Parcours des particules chargées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Interaction des particules chargées avec la matière cristalline . . . . . . . a. Canalisation des particules chargées lourdes b. Conditions de canalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Pouvoir d’arrêt d’un matériau cristallin pour des 4.
Interaction des rayonnements électromagnétiques ou photons a. Processus d’interaction des photons g avec la matière . . . . . . . . . . . b. Effet global de l’interaction des photons g avec la matière . . . . . . . 5. Interaction des neutrons avec la matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Ralentissement des neutrons par chocs élastiques 6. Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
V. Détection des rayonnements nucléaires1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Principe de détection des particules chargées . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Principe de détection des particules non-chargées . . . . . . . . . . . . . . 2. Étude des différents détecteurs de rayonnements . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Détecteurs basés sur l’ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Détecteurs basés sur l’excitation et la désexcitation . . . . . . . . . . . . c. Détecteurs basés sur les interactions chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . d. Détecteurs à effet Cerenkov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Étude d’une chaîne électronique de détection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Amplificateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Sélecteur monocanal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Échelle de comptage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Étude de la détection des photons g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Perte d’énergie des photons gamma par effet photoélectrique . . . . . b. Perte d'énergie dès photons g par effet Compton . . . . . . . . . . . . . . . c. Perte d’énergie des photons
g incidents par effet d. Résultat de toutes les interactions spectre global . . . . . . . . . . . . . . . 5. Caractéristiques d’un détecteur de rayonnements nucléaires . . . . . . . . a. Rapport du pic d’absorption totale sur le front Compton . . . . . . . . . b. Efficacité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Résolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
VI. Les sources de rayonnements nucléaires1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Les accélérateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Générateurs de neutrons rapides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Accélérateur Van de Graaff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Cyclotron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Les réacteurs nucléaires à fission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. La fission nucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Réacteurs nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Les sources radioisotopiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Sources formées d’un seul radioisotope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Sources de neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
VII. Les techniques nucléaires1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. L’analyse par activation neutronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Principe de la méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Étude de la cinétique d’absorption et désorption des éléments 3. La radioactivation au moyen des particules chargées . . . . . . . . . . . . . a. Méthode expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Étude du processus d’incorporation de l’impureté carbone 4. La thermoluminescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. La datation par le dosage du radiocarbone (carbone 14) . . . . . . . . . . . 6. La datation par le potassium-argon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Les radiotraceurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. L’application des détecteurs solides de traces nucléaires en géologie Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
VII. Notions de radioprotection1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Effets physiologiques des rayonnements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Unités radiologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a. Dose absorbée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Débit de dose absorbée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c. Équivalent de dose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d. Débit d’équivalent de dose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e. Exposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Protection contre les rayonnements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Annexe A : Solutions des problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Annexe B : Table des valeurs des constantes physiques . . . . . . . . . . . . . Annexe C : Liste des lauréats du prix Nobel de physique . . . . . . . . . . . . Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lexique Français - Anglais - Arabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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15 15 16 22 27 27 28 29 33 35
37 37 38 38 38 39 39 40 41 41 41 41 42 42 44 45 55 58 58 60 62 63 63 64 66 73
75 75 76 78 82 82 83 84 98 104 105 106 107 111 116
117 117 118 118 121 121 123 127 130 134 135 137 148 150 150 155 163
165 165 165 166 166 172 175 175 175 176 176 178 179 180 182 187 189 189 189 190 190 194
195 195 195 199 201 203 203 204 207 207 208 210
211 211 212 224 227 240 242 243 244 244 247
249 249 250 250 250 250 251 251 251 253
255 309 311 317 327
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