Physique atomique, nucléaire et des radiations
[PHY2360]
[22.5h] 2 crédits
Enseignants : Youssef El Masri
Langue d'enseignement : Français
Niveau : Second cycle
Objectifs (en termes de compétences)
Objet de l'activité (principaux thèmes à aborder)
- Généralités, ordres de grandeurs, unités physiques et facteurs de conversion.
- Ondes, expression de Duane-Hunt et structure générale de la matière.
- Equivalence Masse-Energie (Principes de la relativité restreinte) et applications telles la cinématique des électrons - Dualité Onde - Corpusculaire et conséquences.
- Les Modèles Atomiques - Le modèle simple de Bohr pour l'électron. Le modèle elliptique de Sommerfeld-Wilson - La structure atomique vue par la Mécanique Quantique et les notions de quantification - Spin de l'électron - La loi empirique de Moseley - La règle de Klechkowski et l'ordre de remplissage des couches électroniques - Conséquences.
- Absorption et Emission d'énergie par la structure électronique de l'atome- Ionisation et potentiels d'ionisation - Fluorescence et effet Auger - Rayons X (K, L, ) et nomenclature de Sieghban - Spectres des RX et la description dite de Kramer - Processus de Bremsstrahlung.
Le Noyau Nucléaire :
- Aspects Statiques : (Rayon nucléaire, Masse nucléaire, Notions d'isotopes, d'isotones et d'isobares, Energie de liaison) - (Généralités sur la structure énergétique des noyaux - Formule des masses de Weizsaeker et ses conséquences dans la désintégration b et la fission- Introduction à la structure nucléaire dans le modèle en couches de Meyer-Jensen).
- Aspects Dynamiques : (La Radioactivité Nucléaire - Loi de décroissance simple et équations de filiation de Bateman et leurs conséquences) - (Temps de vie nucléaire, biologique et effective)- (Rapports de branchement dans la décroissance radioactive).
- Description des désintégrations : b-, b+ , capture électronique a, g et fission illustrées par des exemples dans les domaines industriels et médicaux.
- Isomérie nucléaire et ses conséquences (Conversion Interne et émission des RX caractéristiques).
- Interactions des rayons ionisants avec la matière :
- Absorption d'une particule chargée.
- Perte d'énergie linéique et pouvoir d'arrêt - Ionisation spécifique et potentiels d'ionisation.
- La loi de Bethe-Block pour une particule chargée lourde et ses applications -- Notions de parcours ou
o Range et pic de Bragg
o Interaction spécifique électron-matière. Notions de pertes d'énergie par collisions et par rayonnement de freinage ou de Bremsstrahlung
o Pouvoir d'arrêt des électrons et exemples pratiques
o Electrons delta - Production des rayonnements X (tubes émetteurs).
- Interactions des rayonnements NEUTRES avec la matière. Notions générales sur les neutrons et les gamma (développées selon l auditoire).
Le volume 2 sera consacré à des exercices types visites du Cyclotron, démonstrations mathématiques plus détaillées de certains principes exposés rapidement au cours.
Résumé : Contenu et Méthodes
B) Interaction rayonnement-matière (TEL, RANGE...) des rayonnements ionisants et neutres (neutron, gamma)
C) Physique nucléaire : aspects statiques, aspects dynamiques : phénomènes radioactifs
D) Applications diverses : sources de rayonnement dans les sciences de la vie et la radioprotection, détecteurs, blindages, etc. (variable selon la composition et besoins de l'auditoire).
Autres informations (Pré-requis, Evaluation, Support, ...)
Une bonne connaissance en mathématique et en physique générale.
Examen écrit et oral.
Copie des transparents de l'enseignant.