Première
partie :
Introduction
I.
Exposé rapide des propriétés nucléaires
1.
Buts de la physique nucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
2.
Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
3.
Le rayon nucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
4.
Masse nucléaire et énergie de liaison . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
5.
Moment angulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
6.
Parité et symétrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
7.
Moment dipolaire magnétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
8.
Moment quadrupolaire électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
9.
Processus de désintégration nucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
10.
Table des nuclides et domaines d'instabilité . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
11.
Les réactions nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
12.
Niveaux d'énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
13.
Les noyaux miroirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Deuxième
partie :
Le problème nucléaire à deux corps
II.
Le deuton
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Le deuton: données expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
3.
Théorie simplifiée du deuton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
4.
Normalisation de la fonction d'onde du deuton.
Valeur quadratique moyenne du
rayon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.
Dépendance des forces nucléaires en fonction du spin . . . . . . . . . . .
. . . . .
6.
Les forces tensorielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
III.
Diffusion nucléon-nucléon
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Sections efficaces de diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
3.
Résultats expérimentaux sur la diffusion neutron-proton à basse énergie
4.
Analyse en ondes partielles de la diffusion n-p . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
5.
Détermination du déphasage d . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.
Potentiels singulet et triplet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
7.
Théorie de la portée effective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
8.
Diffusion proton-proton à basse énergie . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
9.
Théorie de la diffusion proton-proton à basse énergie . . . . . . . . . .
. . . . . .
10.
Diffusion nucléon-nucléon à haute énergie . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
11.
Théorie sonique des forces nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Troisième
partie :
Propriétés des noyaux stables. Modèles nucléaires
IV.
Masses et abondances relatives des éléments
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Spectrographes et spectromètres de masse à déflexions . . . . . . . . . .
. . . . .
3.
La méthode des doublets en spectroscopie de masse . . . . . . . . . . . . .
. . . .
4.
Le synchromètre de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
5.
Masses atomiques
d'après l'étude des réactions nucléaires et de désintégrations
. . . . . . . . . . .
6.
Formule semi-empirique de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
7.
Abondances relatives des espèces atomiques . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
V.
Moments nucléaires
1.
Structure hyperfine des spectres atomiques . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
2.
Effet d'un champ magnétique externe sur la structure hyperfine . . . . . .
. . . .
3.
Excitations moléculaires et détermination de I d'après les spectres
de bande des molécules . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Paramètres nucléaires déterminés par des méthodes de spectroscopie
en hyperfréquence . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.
Résonance de faisceaux moléculaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
6.
Expériences de faisceau moléculaire avec l'hydrogène . . . . . . . . . .
. . . . . .
7.
Résonances magnétiques nucléaires dans les liquides et les solides . . .
. . .
8.
Mesure du moment magnétique du neutron . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
9.
Résultats des mesures des moments nucléaires . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
VI.
Modèles nucléaires
1.
Rappels sur le modèle en couches atomique et prédiction
des moments angulaires
des états fondamentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Modèle nucléaire à une particule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
3.
Nombres magiques; couplage spin-orbite . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
4.
Prédiction des moments angulaires des états fondamentaux des noyaux . . .
5. États
excités selon le modèle en couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
6.
Moments magnétiques et modèle en couches; lignes de Schmidt . . . . . . .
. .
7.
Symétrie ; isospin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.
Orbites d'une particule dans un puits déformé . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
9.
Mouvement collectif; états de rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
10.
États de vibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Quatrième
partie :
Étude des désintégrations nucléaires
VII.
Ralentissement et détection des radiations nucléaires
1.
Pouvoir d'arrêt et parcours des particules nucléaires chargées . . . . .
. . . . .
2.
Pouvoir d'arrêt et parcours pour les électrons . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
3.
Absorption des rayons gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
4.
Ralentissement des neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
5.
Les détecteurs à gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
6.
Le compteur à semi-conducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
7.
Le compteur à scintillations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
8.
Les émulsions nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
9.
Détection des neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
10.
Détecteurs spéciaux pour les rayonnements de haute énergie . . . . . . .
. . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
VIII.
Radioactivité
1.
Radioactivité naturelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
2.
La loi de décroissance radioactive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
3.
Radioéléments artificiellement produits . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
4.
Unités de radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
5.
Statistiques des comptages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
6.
Les effets de la limitation de la résolution en temps
des équipements de détection . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
IX.
Transitions gamma
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
La mesure des énergies des rayons gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
3.
La mesure des temps de vie des états excités . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
4.
Moments multipolaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
5.
Prévisions théoriques sur les constantes de désintégration . . . . . . .
. . . . . .
6.
Règles de sélection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
7.
Corrélations angulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
8.
Estimation des probabilités de transition et comparaison avec l'expérience
9.
La conversion interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
X.
L'émission alpha
1.
Stabilité des noyaux lourds par rapport à la scission . . . . . . . . . .
. . . . . . .
2.
Mesure des énergies des particules alpha . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
3.
Constantes de désintégration expérimentales et loi de Geiger - Nuttal . .
. .
4.
Transparence de la barrière de potentiel . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
5.
Barrière de potentiel appliquée à l'émission alpha . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
6.
Niveaux d'énergie nucléaires déduits des données de l'émission alpha .
. .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
XI.
Émission b
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
instruments de spectroscopie b . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.
Théorie élémentaire de l'émission b . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.
Diagramme de Kurie. Exemple de spectre bêta . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
5.
Périodes comparées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
6.
Transitions permises et interdites ; règles de sélection . . . . . .
. . . . . . . . . .
7.
Capture électronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
8.
Violation de la parité dans la désintégration bêta . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
9.
Neutrinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
10.
Mesure de l'hélicité du neutrino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
Cinquième
partie :
Réactions nucléaires. Énergie nucléaire. Particules élémentaires
XII.
Accélérateurs et sources de particules atomiques
1.
Sources d'ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Accélérateurs électrostatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
3.
Le cyclotron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
4.
L'accélérateur linéaire (Linac) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
5.
Le bêtatron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
6.
Le synchrotron à électrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
7.
Le synchrotron à protons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
8.
Sources de neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
XIII.
Réactions nucléaires
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Dynamique des réactions ; bilan énergétique . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
3.
Spectroscopie des réactions produisant des particules chargées . . . . . .
. .
4.
Spectroscopie des neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
5.
Théorie des réactions nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
6.
Analyse en ondes partielles des sections efficaces des réactions . . . . .
. . .
7.
Formation et dissociation du noyau composé . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
8.
Diffusions et réactions résonantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
9.
Spectroscopie des résonances nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
10.
Le modèle optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
11.
Théorie des réactions de stripping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
12.
Réactions de stripping et le modèle eu couches . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
13.
Excitation coulombienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
14.
Réactions photonucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
XIV.
L'énergie nucléaire
1.
Le processus de fission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
2.
Neutrons libérés dans la fission. Sections efficaces . . . . . . . . . . .
. . . . . . .
3.
Réacteur à fission utilisant l'uranium naturel comme combustible . . . . .
. .
4.
Fusion, énergie thermonucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
5.
Perspectives sur la fusion contrôlée . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
XV.
Particules élémentaires
1.
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
2.
Techniques expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
3.
Les propriétés physiques des particules élémentaires . . . . . . . . . .
. . . . . . .
4.
Production associée et étrangeté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
5.
Particules et interactions fondamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
6.
Spectroscopie baryonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
7.
Spectroscopie mésonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .
8.
Le modèle de l'octet (Eightfold Way) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
Problèmes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
APPENDICE
1 : Bref résumé de la mécanique des particules atomiques
1.
Le système d'unités MKS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
2.
Dynamique des particules relativistes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
3.
Mouvement des particules chargées dans des champs magnétiques . . . . . .
4.
Dualité onde-particule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
5.
Le principe d'incertitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
6.
Fonctions d'onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
7.
Opérateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.
L'équation de Schrödinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .
9.
Coordonnées sphériques et fonctions harmoniques sphériques . . . . . . .
. . .
10.
Parité et moment angulaire orbital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
11.
Le problème à deux corps en mécanique ondulatoire . . . . . . . . . . . .
. . . .
APPENDICE
2 : Focalisation des faisceaux d'ions et leur dispersion
dans des champs électriques
et magnétiques
1. Équations du mouvement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
2.
Champs produits par des secteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
3.
Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
APPENDICE
3 : Pénétration de barrière
APPENDICE
4 : Théorie des perturbations dépendant du temps
1.
Théorie générale au premier ordre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .
2.
Transitions vers le continu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . .
3.
Sections efficaces de diffusion et de réaction . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
APPENDICE
5 : Diagonalisation des matrices
APPENDICE
6 : Table des nuclides
Valeurs
des constantes physiques (MKS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .
Facteurs
de conversion d'énergies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
Index
des matières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
Index
des auteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . .
